JP2008301328A - Ccd solid-state imaging element and driving method thereof, and imaging element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラー信号検出用画素の他に輝度検出用画素を備えるCCD型固体撮像素子及びその駆動方法並びにこの固体撮像素子を搭載した撮像装置に関する。 The present invention relates to a CCD solid-state imaging device including a luminance detection pixel in addition to a color signal detection pixel, a driving method thereof, and an imaging apparatus equipped with the solid-state imaging device.
CCD(Charge Coupled Device:電荷結合素子)型固体撮像素子は、入射光量に応じた信号電荷を蓄積する複数の光電変換素子と、基板表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の光電変換素子の各光電変換素子列に沿って設けられた複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って形成された水平電荷転送路とを備え、各光電変換素子の検出電荷を隣接の垂直電荷転送路に読み出して垂直方向に転送し、垂直電荷転送路から水平電荷転送路に移された信号電荷を次に水平方向に転送し出力する。 A CCD (Charge Coupled Device) type solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion elements that accumulate signal charges according to the amount of incident light, and a plurality of photoelectric conversions that are arranged in a two-dimensional array on the substrate surface. A plurality of vertical charge transfer paths provided along each photoelectric conversion element row of the element, and a horizontal charge transfer path formed along the transfer direction end of each vertical charge transfer path, The detected charge is read to the adjacent vertical charge transfer path and transferred in the vertical direction, and the signal charge transferred from the vertical charge transfer path to the horizontal charge transfer path is then transferred and output in the horizontal direction.
この様なCCD型固体撮像素子において、本出願人が先に提案した下記の特許文献1記載の従来技術では、垂直電荷転送路の端部と水平電荷転送路との間に、各垂直電荷転送路から夫々受け取った各信号電荷を一時蓄積し指示タイミングに従って水平電荷転送路に移すバッファメモリ(各垂直電荷転送路毎にバッファ部を持つためラインメモリと呼ばれる。)を設け、水平方向の画素加算(水平方向に隣接する光電変換素子の各信号電荷を加算する。)を行っている。 In such a CCD solid-state imaging device, according to the prior art disclosed in Patent Document 1 previously proposed by the present applicant, each vertical charge transfer is performed between the end of the vertical charge transfer path and the horizontal charge transfer path. A buffer memory (called a line memory because each vertical charge transfer path has a buffer unit) for temporarily storing each signal charge received from the path and transferring it to the horizontal charge transfer path according to the instruction timing is provided. (The signal charges of the photoelectric conversion elements adjacent in the horizontal direction are added.).
上述したラインメモリは、水平方向の画素加算を行うものであるが、新規な画素配列を持つCCD型固体撮像素子に適用した場合、画素加算に代えて、種々の画像処理に対応した信号読出及び高品質な撮像画像データの取得が期待される。 The above-described line memory performs pixel addition in the horizontal direction. However, when applied to a CCD solid-state imaging device having a novel pixel arrangement, signal reading and various image processing corresponding to various image processing can be performed instead of pixel addition. Acquisition of high-quality captured image data is expected.
本発明の目的は、新規な画素配列構造を持つCCD型固体撮像素子にラインメモリを適用したときの有用な素子駆動方法及び撮像装置並びにCCD型固体撮像素子を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a useful element driving method, an imaging apparatus, and a CCD solid-state image sensor when a line memory is applied to a CCD solid-state image sensor having a novel pixel arrangement structure.
本発明のCCD型固体撮像素子の駆動方法は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成され奇数行に対して偶数行が1/2ピッチずらして形成された複数の光電変換素子と、前記奇数行および前記偶数行のいずれか一方の光電変換素子行の上に積層された透明フィルタと、前記奇数行および前記偶数行の他方の光電変換素子行の上に積層されたカラーフィルタと、各光電変換素子列に沿って蛇行して設けられた複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って設けられた水平電荷転送路と、前記垂直電荷転送路の転送パルスとは独立の駆動パルスによって制御される前記垂直電荷転送路の前記水平電荷転送路側最終行とを備えるCCD型固体撮像素子の駆動方法において、静止画像撮像時には前記透明フィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷に応じた撮像信号と前記カラーフィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷に応じた撮像信号とを出力し、動画撮像時には前記カラーフィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷に応じた撮像信号を出力し前記透明フィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷に応じた撮像信号の出力を停止することを特徴とする。 The CCD solid-state image pickup device driving method according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements in which a surface of a semiconductor substrate is arranged in a two-dimensional array, and even rows are shifted by 1/2 pitch with respect to odd rows. A transparent filter stacked on one of the odd-numbered and even-numbered photoelectric conversion element rows; and a color filter stacked on the other of the odd-numbered and even-numbered photoelectric conversion element rows; A plurality of vertical charge transfer paths meandering along each photoelectric conversion element array, a horizontal charge transfer path provided along the transfer direction end of each vertical charge transfer path, and the vertical charge transfer path In the method of driving a CCD solid-state imaging device comprising the horizontal charge transfer path side last row of the vertical charge transfer path controlled by a drive pulse independent of the transfer pulse of An image pickup signal corresponding to the detection charge of the photoelectric conversion element layered and an image pickup signal corresponding to the detection charge of the photoelectric conversion element layered with the color filter are output, and the photoelectric conversion layered with the color filter during moving image capturing An imaging signal corresponding to the detected charge of the element is output, and output of the imaging signal corresponding to the detected charge of the photoelectric conversion element on which the transparent filter is laminated is stopped.
本発明のCCD型固体撮像素子の駆動方法の前記動画撮像時は、静止画像を撮像する予備動作時を含むことを特徴とする。 The moving image capturing of the CCD type solid-state imaging device driving method of the present invention includes a preliminary operation for capturing a still image.
本発明のCCD型固体撮像素子の駆動方法は、前記動画撮像時に前記水平電荷転送路上で空パケットとなる前記透明フィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷転送用パケットに、前記垂直電荷転送路上のスミア電荷を入れて転送し該スミア電荷量に応じた信号を出力させることを特徴とする。 The CCD solid-state imaging device driving method according to the present invention includes a detection charge transfer packet of the photoelectric conversion element on which the transparent filter that becomes an empty packet on the horizontal charge transfer path is stacked at the time of moving image capturing. The smear charges are inserted and transferred, and a signal corresponding to the amount of smear charges is output.
本発明の撮像装置は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成され奇数行に対して偶数行が1/2ピッチずらして形成された複数の光電変換素子と、前記奇数行および前記偶数行のいずれか一方の光電変換素子行の上に積層された透明フィルタと、前記奇数行および前記偶数行の他方の光電変換素子行の上に積層されたカラーフィルタと、各光電変換素子列に沿って蛇行して設けられた複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って設けられた水平電荷転送路と、前記垂直電荷転送路の転送パルスとは独立の駆動パルスによって制御される前記垂直電荷転送路の前記水平電荷転送路側最終行とを備えるCCD型固体撮像素子と、静止画像撮像時には前記透明フィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷に応じた撮像信号と前記カラーフィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷に応じた撮像信号とを出力させ動画撮像時には前記カラーフィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷に応じた撮像信号を出力し前記透明フィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷に応じた撮像信号の出力を停止させる撮像素子駆動手段とを備えることを特徴とする。 The imaging device according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional array on a surface portion of a semiconductor substrate and formed by shifting even-numbered rows by 1/2 pitch with respect to odd-numbered rows, the odd-numbered rows and the odd-numbered rows A transparent filter laminated on one of the even-numbered photoelectric conversion element rows, a color filter laminated on the other photoelectric conversion element row of the odd-numbered row and the even-numbered row, and each photoelectric conversion element column The vertical charge transfer paths meandering along the vertical charge transfer paths, horizontal charge transfer paths provided along the transfer direction ends of the vertical charge transfer paths, and transfer pulses of the vertical charge transfer paths are independent of each other. The CCD solid-state image sensor having the horizontal charge transfer path side last row of the vertical charge transfer path controlled by the drive pulse, and at the time of still image capturing, responds to the detected charge of the photoelectric conversion element in which the transparent filter is stacked. The imaging signal and the imaging signal corresponding to the detected charge of the photoelectric conversion element on which the color filter is stacked are output, and at the time of moving image capturing, the imaging signal corresponding to the detected charge of the photoelectric conversion element on which the color filter is stacked is output. And an image sensor driving means for stopping output of an image signal corresponding to the detected charge of the photoelectric conversion element on which the transparent filter is laminated.
本発明の撮像装置の前記撮像素子駆動手段は、静止画像を撮像する予備動作時に前記動画撮像時と同じ駆動を行うことを特徴とする。 The image sensor driving means of the image pickup apparatus of the present invention is characterized in that it performs the same drive as during the moving image imaging during a preliminary operation for imaging a still image.
本発明の撮像装置の前記撮像素子駆動手段は、前記動画撮像時に前記水平電荷転送路上で空パケットとなる前記透明フィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷転送用パケットに、前記垂直電荷転送路上のスミア電荷を入れて転送し該スミア電荷量に応じた信号を出力させることを特徴とする。 The image sensor driving means of the image pickup apparatus according to the present invention may be configured such that the detected charge transfer packet of the photoelectric conversion element on which the transparent filter that becomes an empty packet on the horizontal charge transfer path is stacked at the time of moving image capturing is detected on the vertical charge transfer path. The smear charges are inserted and transferred, and a signal corresponding to the amount of smear charges is output.
本発明の撮像装置は、前記スミア電荷量に応じた信号に基づき、前記カラーフィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷に応じた撮像信号を補正する信号処理手段を備えることを特徴とする。 The image pickup apparatus of the present invention includes signal processing means for correcting an image pickup signal corresponding to a detected charge of the photoelectric conversion element on which the color filters are stacked based on a signal corresponding to the smear charge amount.
本発明のCCD型固体撮像素子は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成され奇数行に対して偶数行が1/2ピッチずらして形成された複数の光電変換素子と、前記奇数行および前記偶数行のいずれか一方の光電変換素子行の上に積層された透明フィルタと、前記奇数行および前記偶数行の他方の光電変換素子行の上に積層されたカラーフィルタと、各光電変換素子列に沿って蛇行して設けられた複数の垂直電荷転送路と、各垂直電荷転送路の転送方向端部に沿って設けられた水平電荷転送路と、前記垂直電荷転送路の転送パルスとは独立の駆動パルスによって制御される前記垂直電荷転送路の前記水平電荷転送路側の最終行と、前記水平電荷転送路と前記最終行との相互間に設けられ前記透明フィルタを積層した前記光電変換素子の検出電荷を前記最終行から前記水平電荷転送路に転送または転送停止を制御信号に基づき制御するバリア手段とを備えることを特徴とする。 The CCD type solid-state imaging device of the present invention includes a plurality of photoelectric conversion elements arranged in a two-dimensional array on the surface portion of a semiconductor substrate and formed by shifting even-numbered rows by 1/2 pitch with respect to odd-numbered rows, A transparent filter stacked on one of the photoelectric conversion element rows of the row and the even-numbered row, a color filter stacked on the other photoelectric conversion element row of the odd-numbered row and the even-numbered row, and each photoelectric A plurality of vertical charge transfer paths provided meandering along the conversion element array, a horizontal charge transfer path provided along a transfer direction end of each vertical charge transfer path, and a transfer pulse of the vertical charge transfer path The vertical row of the vertical charge transfer path controlled by a drive pulse independent from the horizontal charge transfer path side, and the photoelectric layer formed by laminating the transparent filter provided between the horizontal charge transfer path and the final row. Transformation element Characterized by a detection charges from the last line to and a barrier means for controlling on the basis of the transfer or transfer stop in the horizontal charge transfer path to the control signal.
本発明のCCD型固体撮像素子の前記バリア手段は、前記最終行に設けられた2層電極であることを特徴とする。 The barrier means of the CCD type solid-state imaging device of the present invention is a two-layer electrode provided in the last row.
本発明のCCD型固体撮像素子の前記バリア手段は、前記垂直電荷転送路のピッチに対して前記水平電荷転送路に倍ピッチで設けられた水平転送電極であることを特徴とする。 The barrier means of the CCD type solid-state imaging device of the present invention is characterized in that it is a horizontal transfer electrode provided in the horizontal charge transfer path at a double pitch with respect to the pitch of the vertical charge transfer path.
本発明によれば、輝度検出画素とカラーフィルタ搭載画素とを有する固体撮像素子の動画撮像時におけるノイズ低減を図ることが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to aim at noise reduction at the time of the moving image imaging of the solid-state image sensor which has a brightness | luminance detection pixel and a color filter mounting pixel.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の一実施形態に係るデジタルスチルカメラの構成図である。この実施形態ではデジタルスチルカメラを例に説明するが、デジタルビデオカメラや携帯電話機等の小型電子機器に搭載されたカメラ等、他の種類のデジタルカメラにも本発明を適用可能である。 FIG. 1 is a configuration diagram of a digital still camera according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, a digital still camera will be described as an example. However, the present invention can also be applied to other types of digital cameras such as a camera mounted on a small electronic device such as a digital video camera or a mobile phone.
図1に示すデジタルスチルカメラは、撮影レンズ10と、詳細は後述するCCD型固体撮像素子100と、この両者の間に設けられた絞り及びメカニカルシャッタ12と、赤外線カットフィルタ13と、光学ローパスフィルタ14とを備える。
A digital still camera shown in FIG. 1 includes a photographing
デジタルスチルカメラの全体を制御するCPU15は、フラッシュ用の発光部16及び受光部17を制御し、また、レンズ駆動部18を制御して撮影レンズ10の位置をフォーカス位置に調整し、絞り及びシャッタ駆動部19を介し絞りの開口量を制御して露光量が適正露光量となるように調整すると共にメカニカルシャッタの閉タイミングを制御する。
The
また、CPU15は、撮像素子駆動部20を介して、固体撮像素子100を、詳細は後述するようにして駆動し、撮影レンズ10を通して撮像した被写体画像の撮像画像データを出力させる。CPU15には、操作部21を通してユーザの指示信号が入力され、CPU15はこの指示に従って各種制御を行う。
Further, the
操作部21は、静止画像撮影/動画撮影を指示入力するスイッチや、シャッタボタンを含む。ユーザが静止画像撮影指示を入力し、シャッタボタンを半押し状態(スイッチS1)にするとフォーカス調整,露出調整が為され、シャッタボタンを全押し状態(スイッチS2)にすると、静止画像の撮像が行われる。ユーザが動画撮影指示を入力しシャッタボタンを押すと、動画撮影が開始されると共に動画像中の主要被写体に対してフォーカス調整,露出調整が常時行われ、たとえば再びシャッタボタンが押されたとき動画撮影が停止される。 The operation unit 21 includes a switch for inputting an instruction for still image shooting / moving image shooting and a shutter button. When the user inputs a still image shooting instruction and the shutter button is pressed halfway (switch S1), focus adjustment and exposure adjustment are performed. When the shutter button is fully pressed (switch S2), a still image is captured. Is called. When the user inputs a moving image shooting instruction and presses the shutter button, the moving image shooting starts and the focus adjustment and exposure adjustment are always performed on the main subject in the moving image. For example, when the shutter button is pressed again, the moving image is recorded. Shooting is stopped.
デジタルスチルカメラの電気制御系は、固体撮像素子100の出力に接続されたアナログ信号処理部22と、このアナログ信号処理部22から出力されたRGBの色信号をデジタル信号に変換するA/D変換回路23とを備え、これらはCPU15によって制御される。
The electric control system of the digital still camera includes an analog
更に、このデジタルスチルカメラの電気制御系は、メインメモリ24に接続されたメモリ制御部25と、デジタル信号処理部26と、撮像画像をJPEG画像に圧縮したり圧縮画像を伸張したりする圧縮伸張処理部27と、測光データを積算してホワイトバランスのゲインを調整させる積算部28と、着脱自在の記録媒体29が接続される外部メモリ制御部30と、カメラ背面等に搭載された液晶表示部31が接続される表示制御部32とを備え、これらは、制御バス33及びデータバス34によって相互に接続され、CPU15からの指令によって制御される。
Further, the electric control system of the digital still camera includes a
図2は、上述したCCD型固体撮像素子100の表面模式図である。このCCD型固体撮像素子100は、半導体基板の表面部に二次元アレイ状に配列形成された複数の光電変換素子(画素:フォトダイオード)101を備えるが、奇数行の画素行に対し偶数行の画素行が1/2画素ピッチずらして配列形成されている。
FIG. 2 is a schematic view of the surface of the CCD solid-
そして、奇数行または偶数行のいずれか一方の画素行の各画素に、本実施形態では三原色のカラーフィルタ(赤色=R,緑色=G,青色=B)のいずれか一色が積層される。このカラーフィルタの積層行は、カラーフィルタの色で示すと、RGRGRG…となる画素行と、GBGBG…となる画素行とが交互に配列される。以下、赤色フィルタを搭載した画素をR画素、緑色フィルタを搭載した画素をG画素、青色フィルタを搭載した画素をB画素という。 In this embodiment, any one of the three primary color filters (red = R, green = G, blue = B) is stacked on each pixel in either the odd row or the even row. In the color filter layered row, when indicated by the color of the color filter, the pixel rows that are RGRRGRG... And the pixel rows that are GBGBG. Hereinafter, a pixel mounted with a red filter is referred to as an R pixel, a pixel mounted with a green filter is referred to as a G pixel, and a pixel mounted with a blue filter is referred to as a B pixel.
奇数行または偶数行の他方の画素行の各画素には、無色な透明フィルタ(以下、W(ホワイト)フィルタともいい、Wフィルタを搭載した画素をW画素という。)が積層される。即ち、本実施形態のCCD型固体撮像素子は、奇数行または偶数行の一方の正方格子配列された各画素にRGBのカラーフィルタがベイヤー配列され、各カラーフィルタ積層画素の中間部にくる正方格子配列された各画素にWフィルタを積層した新規な画素配列構造を持つ。 A colorless transparent filter (hereinafter also referred to as a W (white) filter, and a pixel equipped with a W filter is referred to as a W pixel) is stacked on each pixel in the other pixel row of the odd or even rows. That is, the CCD type solid-state imaging device of the present embodiment has a square lattice that is arranged in the middle of each color filter stacked pixel, in which RGB color filters are Bayer-arranged in each pixel in one of the odd-numbered or even-numbered square lattices. It has a novel pixel array structure in which W filters are stacked on each arrayed pixel.
このCCD型固体撮像素子100では、各画素列に沿って垂直電荷転送路(VCCD)102が設けられるが、各垂直電荷転送路102は垂直方向の画素を避けるように蛇行配置される。図2中に示す矢印は、各画素から検出電荷を垂直電荷転送路に読み出す方向及び位置を示す。
In this CCD type solid-
各垂直電荷転送路102の転送方向端部に沿って水平電荷転送路(HCCD)103が設けられ、この水平電荷転送路103と各垂直電荷転送路102の転送端部との間に、特許文献1に記載されている様なラインメモリ104が設けられる。水平電荷転送路103の出力部にはアンプ105が設けられ、このアンプ105が、転送されてきた信号電荷の電荷量に応じた電圧値信号を撮像画像信号として出力する。
A horizontal charge transfer path (HCCD) 103 is provided along the transfer direction end of each vertical
斯かる構成のCCD型固体撮像素子100では、各画素101から垂直電荷転送路103に信号電荷を読み出すタイミングを指示する読出パルスや垂直転送パルス,水平転送パルス,ラインメモリの駆動パルス等は、図1に示す撮像素子駆動部20がCPU15からの指示によって出力する。
In the CCD type solid-
尚、「垂直」「水平」という用語を用いて実施形態を説明しているが、これは、固体撮像素子を構成する半導体基板の表面に沿う「一方向」「この一方向に対して略直角の方向」という意味である。 Although the embodiments are described using the terms “vertical” and “horizontal”, this means “one direction” along the surface of the semiconductor substrate constituting the solid-state imaging device, “substantially perpendicular to this one direction”. Meaning “direction of”.
また、ラインメモリ(LM)104として説明するが、これは、各垂直電荷転送路102の水平電荷転送路側最終行を構成し、垂直転送パルスとは異なるタイミングの駆動パルスで制御される最終電極を有するものであれば、特許文献1記載のラインメモリに限るものではない。
Further, although described as a line memory (LM) 104, this constitutes the final row on the horizontal charge transfer path side of each vertical
図3(a)は、ユーザが図1に示すデジタルスチルカメラを用いて被写体の静止画像を撮影したときのCCD型固体撮像素子100の駆動方法説明図であり、ラインメモリ104から水平電荷転送路(HCCD)103に信号電荷を移す様子を示す図である。
FIG. 3A is an explanatory diagram of a driving method of the CCD solid-
CCD型固体撮像素子100の各画素101は、検出電荷を垂直電荷転送路102に読み出し、ラインメモリ104の方向に転送する。例えば、図2において、先ずW画素の検出電荷を垂直電荷転送路102に読み出し、転送電極2電極分だけ垂直方向に転送したときに、R画素,G画素,B画素の検出電荷を垂直電荷転送路102に読み出すと、カラー信号(R画素,G画素,B画素から読み出された色信号)とW信号(W画素から読み出された輝度信号)とが横一行に並ぶことになる。
Each
この状態で垂直方向に転送を行うと、先ず、ラインメモリ(LM)104側の第1行RG行と次行のW行の各信号WRWGWRWG…が、図3(a)に示す様に、ラインメモリ104内に一時保存される。
When transfer is performed in the vertical direction in this state, first, each signal WRWGWRWG... Of the first row RG row and the next row W on the line memory (LM) 104 side is changed to a line as shown in FIG. Temporarily stored in the
撮像素子駆動部20からラインメモリ(LM)104に駆動パルスが所定タイミングで印加されると、ラインメモリ104上の各信号WRWGWRWG…が全て水平電荷転送路103に移され、水平転送期間にこの信号WRWGWRWG…がアンプ105の方向に転送され、アンプが各信号電荷量に応じた電圧値信号をアナログ信号処理部22に出力する。
When a drive pulse is applied from the image
ラインメモリ104には、次に、第3行のGB行と次行のW行の各信号WGWBWGWB…が保存され、これが上記と同様に水平電荷転送路103に移され、アンプ105から出力される。
Next, each signal WGWBWGWB... Of the third row GB and the next row W is stored in the
以上の動作が繰り返されることで、一画面分の各R画素,G画素,B画素,W画素の信号が図1のメインメモリ24に蓄積され、デジタル信号処理部26は各信号に基づき、被写体の静止画像データを生成する。
By repeating the above operations, signals of each R pixel, G pixel, B pixel, and W pixel for one screen are accumulated in the
静止画像の場合には、W画素の信号と、RGB画素の信号とを用いて撮像画像データが生成されるため高精細な画像が得られ、また、W画素による輝度信号はS/Nが高いため、高品質な撮像画像を得ることができる。 In the case of a still image, captured image data is generated using the W pixel signal and the RGB pixel signal, so that a high-definition image is obtained, and the luminance signal from the W pixel has a high S / N. Therefore, a high-quality captured image can be obtained.
図3(b)(c)は、ユーザが図1に示すデジタルスチルカメラを用いて被写体の動画像を撮影したときのCCD型固体撮像素子100の駆動方法説明図である。
FIGS. 3B and 3C are explanatory diagrams of a driving method of the CCD solid-
動画像を撮像する場合にも、図3(a)で説明した様に、ラインメモリ104にはWRWGWRWG…信号が垂直方向に転送され保存される。静止画像の場合には、この一行の信号の全てを水平電荷転送路(HCCD)103に移し、水平方向に転送した。しかし、動画の場合には、本実施形態の場合、W画素の信号電荷の出力は行わず、カラー信号のみの出力を行う。
Even when a moving image is captured, the WRWGWRWG... Signal is transferred and stored in the
即ち、図3(b)に示す様に、RGRG…信号のみをラインメモリ104から水平電荷転送路103に移し、水平方向に転送し出力する。この様にW信号の出力を行わないため、W画素の信号電荷を転送する垂直電荷転送路に混入するノイズ(暗電流やスミアなど)の出力を防止することができる。
That is, as shown in FIG. 3B, only the RGRG... Signal is transferred from the
W画素が配列された各列及び隣接の垂直電荷転送路には、カラーフィルタが搭載されておらず透明層が積層されているため、入射する光量が多く、スミアもカラー画素列に比べて多くなる。しかし、本実施形態の場合には、動画像の撮影時にW画素列の信号を読み出さないため、動画像の画質が高くなる。 Each column in which W pixels are arranged and the adjacent vertical charge transfer path are not mounted with a color filter and are laminated with a transparent layer, so that the amount of incident light is large and the smear is also large compared to the color pixel column Become. However, in the case of the present embodiment, since the W pixel column signal is not read out during moving image shooting, the image quality of the moving image is improved.
RGRG…信号を出力した後に、W信号をラインメモリ104に残したままでは、W信号電荷がラインメモリ104に蓄積され続けてしまう。そこで、RGRG…信号を読み出すフィールドを第1フィールドとすると、次の第2フィールドでW信号を水平電荷転送路103に移し、これを水平方向に転送し廃棄する。この廃棄のための転送を、CCD型固体撮像素子で通常行われる電荷転送路の高速掃出駆動で行えば、極めて短時間に行うことができる。
If the W signal remains in the
ラインメモリ104が空になると、次にこのラインメモリ104には、WGWBWGWB…信号が転送され蓄積される。今度も同様に、GBGB…信号のみを出力し、W信号は廃棄する。
When the
以上の動作を繰り返すことで、図1のメインメモリ24にはRGB信号で構成される動画像データがフレーム毎に蓄積され、デジタル信号処理部26はこのRGB信号から動画像データを生成する。
By repeating the above operations, moving image data composed of RGB signals is accumulated in the
以上述べた様に、W画素とRGB画素とが混在するCCD型固体撮像素子を搭載した撮像装置において、動画撮影時にはW画素の信号出力は行わず、RGB画素の信号出力だけを行うため、低ノイズの動画像データを得ることができる。 As described above, in an imaging apparatus equipped with a CCD solid-state imaging device in which W pixels and RGB pixels are mixed, the W pixel signal output is not performed at the time of moving image shooting, and only the RGB pixel signal output is performed. Noise moving image data can be obtained.
尚、静止画像撮影時には、上述した様にW画素の信号とRGB画素の信号の両方を出力させたが、静止画像を撮像するときの予備動作(フォーカス処理,AE処理)を行う場合には、動画状態で固体撮像素子から出力される撮像信号を取り込んで予備動作処理を行うため、動画撮像時と同様にW画素の信号を出力させる必要はなく、動画撮像時と同様にRGB信号だけを用いて予備動作処理を行う。 At the time of still image shooting, both the W pixel signal and the RGB pixel signal are output as described above. However, when performing preliminary operations (focus processing, AE processing) when capturing a still image, Since the pre-operation process is performed by capturing the image signal output from the solid-state image sensor in the moving image state, it is not necessary to output the W pixel signal as in the case of moving image capturing, and only the RGB signal is used as in moving image capturing. To perform preliminary operation processing.
図4(a)(b)は、図3(b)で説明したW信号の水平電荷転送路への転送を阻止する構造を説明する図である。図4(a)に示すCCD型固体撮像素子では、ラインメモリ104の各バッファ部を制御する電極を、W信号を入れるバッファ部の第1電極と、R信号,G信号,B信号を入れるバッファ部の第2電極との2層電極構造にし、第1電極に対して撮像素子駆動部20が駆動パルスφLM1を印加し、第2電極に対して撮像素子駆動部20が駆動パルスφLM2を印加する構造にしている。
FIGS. 4A and 4B are diagrams for explaining a structure for blocking the transfer of the W signal described in FIG. 3B to the horizontal charge transfer path. In the CCD type solid-state imaging device shown in FIG. 4A, the electrodes for controlling each buffer unit of the
これにより、ラインメモリ104の信号を水平電荷転送路103に転送するとき、R信号,G信号,B信号を入れたバッファ部のポテンシャルをW信号を入れたバッファ部のポテンシャルより高くすることができ、W信号の水平電荷転送路への転送を阻止しながら、R信号,G信号,B信号の水平電荷転送路への転送を実行することが可能となる。
As a result, when the signal of the
図4(b)のCCD型固体撮像素子では、ラインメモリ104の各バッファ部の電極を同一駆動パルスφLMで駆動するが、通常は2相駆動される水平電荷転送路の転送電極を夫々H1〜H4に分割した構造にする。
In the CCD type solid-state imaging device of FIG. 4B, the electrodes of each buffer section of the
W信号を入れたラインメモリ104の各バッファ部に対向する箇所の水平転送電極H1,H2に印加する転送パルスをオフ(H3,H4はオン)にして当該箇所のポテンシャルを高く維持しておくと、ラインメモリ104にφLMが印加されラインメモリ104のポテンシャルが高くなったときでも、W信号の水平電荷転送路への転送が阻止され、R信号,G信号,B信号だけが電極H3,H4下(電荷転送チャネルの不純物濃度が電極H3下と電極H4下で異なるため、実際には電極H3下)のポテンシャル井戸に流れ込むことになる。
If the transfer pulse applied to the horizontal transfer electrodes H1 and H2 at the locations facing the respective buffer portions of the
尚、W信号を水平電荷転送路103に転送させない構造は、図4で説明した構造に限るものではない。
The structure that does not transfer the W signal to the horizontal
図5は、本発明の別実施形態に係るCCD型固体撮像素子の駆動方法説明図である。CCD型固体撮像素子としては、図2で説明した実施形態と全く同じである。 FIG. 5 is an explanatory diagram of a driving method of a CCD type solid-state imaging device according to another embodiment of the present invention. The CCD type solid-state imaging device is exactly the same as the embodiment described in FIG.
図示するCCD型固体撮像素子では、W画素の読出電極(転送電極兼用)の位置(列方向位置)と、R画素,G画素,B画素の読出電極(転送電極兼用)の位置(列方向位置)とが異なることを利用し、動画撮像時やフォーカス処理等の予備動作時には、図5に読出矢印を図示していないように、W画素の信号電荷を垂直電荷転送路102に読み出さず、静止画像撮像時のみW画素の信号電荷を垂直電荷転送路102に読み出す構成とする。これにより、図1〜図4で説明したのと同様の効果を得ることが可能となる。
In the CCD type solid-state imaging device shown in the figure, the position (column direction position) of the readout electrode (also used as transfer electrode) of the W pixel and the position (column direction position) of the readout electrode (also used as transfer electrode) of the R pixel, G pixel, and B pixel. ), And at the time of moving image capturing or preliminary operation such as focus processing, the signal charge of the W pixel is not read out to the vertical
図6は、本発明の更に別実施形態に係るCCD型固体撮像素子の駆動方法説明図である。図4(b)で説明した様に、動画撮像時や予備動作時には、水平電荷転送路103によってR信号,G信号,B信号のみをアンプ105方向に転送し出力した。このとき、例えば図4(b)に示す例では、R信号とG信号との間に空パケットを転送している。
FIG. 6 is an explanatory diagram of a driving method of a CCD type solid-state imaging device according to still another embodiment of the present invention. As described with reference to FIG. 4B, only the R signal, G signal, and B signal are transferred in the direction of the
図6に示す実施形態は、この空パケットを有効利用する駆動方法説明図であり、この空パケット内に、例えば図6中のハッチングを施した位置のスミア電荷を入れてアンプ105まで転送し、アンプ105によって、スミア電荷に応じた電圧値信号を出力させる。
The embodiment shown in FIG. 6 is an explanatory diagram of a driving method for effectively using this empty packet. In this empty packet, for example, a smear charge at the hatched position in FIG. The
勿論、このとき、ハッチング箇所の隣接画素からの信号電荷の読み出しは行わず、スミア電荷のみ垂直転送し、ラインメモリに蓄積し、水平電荷転送路を一段分転送させて空パケット位置とラインメモリ上のスミア電荷位置との位置合わせを行い、水平電荷転送路へのスミア電荷転送を行う。 Of course, at this time, the signal charge is not read from the adjacent pixel in the hatched area, only the smear charge is vertically transferred and accumulated in the line memory, and the horizontal charge transfer path is transferred by one stage, so that the empty packet position and the line memory are read. Is aligned with the smear charge position, and smear charge transfer to the horizontal charge transfer path is performed.
このスミア電荷は、最も近い色画素のスミア電荷と近い関係にあると考えられるため、この色画素の信号からスミア量を減算することで、スミアを除去した撮像画像信号を得ることができる。 Since this smear charge is considered to be close to the smear charge of the closest color pixel, a picked-up image signal from which smear has been removed can be obtained by subtracting the smear amount from the signal of this color pixel.
スミアの検出は、毎回毎回全てのラインで行う必要はなく、数ライン〜数十ラインに一回程度の割合でスミア検出を行い、このスミア量でスミア検出位置の周辺領域の撮像画像信号を補正するだけでも、撮像画像の画質向上に対する影響は大きい。 Smear detection does not have to be performed on every line every time, but smear detection is performed at a rate of about once every several to tens of lines, and the image signal in the peripheral area of the smear detection position is corrected with this smear amount. Even just doing this will have a significant impact on improving the quality of the captured image.
W画素列におけるスミアは、上述した様に、カラーフィルタが積層された色画素列におけるスミア量より大きいため、W画素列におけるスミアを検出して色画素のスミア成分とするよりは、色画素列のスミア検出を行うのが、より好ましい。 As described above, the smear in the W pixel column is larger than the smear amount in the color pixel column in which the color filters are stacked. Therefore, the smear in the W pixel column is detected and used as the smear component of the color pixel. It is more preferable to perform smear detection.
尚、スミアを検出する位置は、色画素に隣接する転送電極位置に限らず、任意位置で良い。例えば、垂直方向に隣接する2つの色画素の中間の転送電極位置のスミアを検出し、垂直方向上下の2つのスミア量の平均値を、両スミア検出位置の中間の色画素のスミア量とすることでも良い。 Note that the smear detection position is not limited to the transfer electrode position adjacent to the color pixel, and may be an arbitrary position. For example, the smear at the transfer electrode position in the middle of two color pixels adjacent in the vertical direction is detected, and the average value of the two smear amounts in the vertical direction is set as the smear amount of the color pixel in the middle between the two smear detection positions. That's fine.
本発明に係るCCD型固体撮像素子及びその駆動方法を採用することで、動画撮影における画質向上を図ることができ、また、予備動作を精度良く行うことが可能となり、デジタルカメラ等に適用すると有用である。 By adopting the CCD type solid-state imaging device and the driving method thereof according to the present invention, it is possible to improve the image quality in moving image shooting and to perform the preliminary operation with high accuracy, which is useful when applied to a digital camera or the like. It is.
10 撮影レンズ
15 CPU
20 撮像素子駆動部
24 メインメモリ
26 デジタル信号処理部
100 CCD型固体撮像素子
101 画素
102 垂直電荷転送路(VCCD)
103 水平電荷転送路(HCCD)
104 ラインメモリ(LM)
105 出力アンプ
10
20 Image
103 Horizontal charge transfer path (HCCD)
104 Line memory (LM)
105 Output amplifier
Claims (10)
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007146638A JP2008301328A (en) | 2007-06-01 | 2007-06-01 | Ccd solid-state imaging element and driving method thereof, and imaging element |
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JP2007146638A Withdrawn JP2008301328A (en) | 2007-06-01 | 2007-06-01 | Ccd solid-state imaging element and driving method thereof, and imaging element |
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JP (1) | JP2008301328A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010157951A (en) * | 2009-01-05 | 2010-07-15 | Fujifilm Corp | Output level estimation apparatus and method, photographing apparatus and control method of the same, and program |
-
2007
- 2007-06-01 JP JP2007146638A patent/JP2008301328A/en not_active Withdrawn
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