JP4060410B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光を光学レンズおよび色フィルタを含む光学系を介して撮像面に配列された画素に供給し該画素で光電変換を行って得られた信号を供給される駆動信号のタイミングに応じて読み出して垂直転送し、複数の水平転送路間の飛越しゲートを制御して複数の水平転送路に信号を供給しこれらの水平転送路から読み出した信号を該駆動信号のタイミングに応じて出力する固体撮像装置に関し、特にディジタルスチルカメラ、ムービーカメラ、画像入力装置等に用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
高画質の画像を得るため固体撮像装置は、たとえば数十万画素から数百万程度の画素(セル)を設けこれらの画素で得られた信号電荷が垂直転送レジスタを介して水平転送レジスタに信号電荷を供給している。固体撮像装置は、水平転送レジスタからの出力信号がたとえば現行のテレビジョン規格に適合するように水平の読出し速度の高速化を図ったり、水平転送レジスタを2線以上で構成したデバイス等を用いている。この一例として、たとえば、現行のテレビジョン規格よりも一層の高速処理が要求される、いわゆるハイビジョン規格がある。この規格では水平読出し速度が74MHz と高速である。この水平読出し速度の制御を容易に行うため、この規格の固体撮像装置は、2線の水平転送レジスタを用いる構成が提案されている。
【0003】
この規格の固体撮像装置は、画素、垂直転送レジスタと順に経てきた信号電荷をそれぞれ各水平転送レジスタに振り分けて供給することにより、一列あたりの水平転送速度を37MHz に低減している。この提案によれば、一画面を低い水平転送速度で駆動させてもハイビジョン規格を満足させることができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、2線の水平転送レジスタの構成を用いることにより、この固体撮像装置からの出力信号に劣化が生じる。劣化の例としては、上段から下段の水平転送レジスタに垂直転送を一段経ることにより、上段側の水平転送レジスタからの出力に比べてたとえば、約0.01% 、下段側の水平転送レジスタからの出力に劣化が生じる。また、2系統の信号読出しに応じて読出しアンプもそれぞれ必要になる。このとき、読出しアンプのゲインには、少なからずばらつきがあるので、これら読出しアンプのゲインのばらつきが画面の画質に大きな影響を及ぼすことが知られている。
【0005】
この劣化について具体的に説明すると、信号電荷を読み出した際に、たとえば画像における偶数ラインと奇数ラインに対応させて上段側と下段側の水平転送レジスタから信号電荷を読み出す白黒の固体撮像装置では、画面に奇数/偶数ラインで若干明るさに差が生じるので、横筋がライン毎にある画面になってしまう。したがって、画面の画質劣化に大きく影響するゲインのばらつきに対しては、後段の信号処理部でゲイン調整を行って画面表示させることによって信号レベルを補正している。
【0006】
また、色を検出するカラーの固体撮像装置でも水平転送レジスタを多線で構成する方法を採用している。この場合信号を出力する水平転送レジスタによって同一色にばらつきが生じないようにするため、同一の色信号については、同じ水平転送レジスタから出力信号が読み出されるように色フィルタが配置されている。三原色R,G,B に対するこの色フィルタの配置をたとえば、奇数列にG を配して横ストライプにし、偶数列にR,B を配するとともに、R,G のフィルタが市松模様をなすように、いわゆるG 横ストライプR,B 市松方式で配置させている。このような空間画素ずらし技術を用いてカラーの固体撮像装置は解像度が得られるようにしている。
【0007】
従来技術の欠点を解消し、カラーの固体撮像装置において水平転送レジスタを多線で構成し、かつ色フィルタをG 横ストライプR,B 市松模様とする配置パターンと異なる配置パターンでも画質劣化を防止することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の課題を解決するために、入射光を光学レンズおよび色フィルタを含む光学系を介して撮像面に配列された画素に供給し該画素で光電変換を行って得られた信号を供給される駆動信号のタイミングに応じて読み出して垂直転送し、複数の水平転送路間の飛越しゲートを制御して複数の水平転送路に信号を供給しこれらの水平転送路から読み出した信号を該駆動信号のタイミングに応じて出力する固体撮像装置において、この装置に、撮像面の奇数列あるいは偶数列に第1の色を割り当てた第1の色画素と、この第1の色画素の間に第1の色画素の配列に対して隣接する左右の偶数列あるいは奇数列に第2の色を割り当てた第2の色画素、第3の色を割り当てた第3の色画素を順に配し、次に配される第1の色画素の間には左右の偶数列あるいは奇数列に第3の色画素、第2の色画素の順に各画素を配する配列を複数回繰り返して形成される撮像手段と、これらの画素から垂直転送されてくる信号の中で画素配列の奇数列あるいは偶数列の信号だけを隣接する水平転送路へと飛越しさせる飛越しゲート手段と、この飛越しゲート手段、垂直転送路および水平転送路にそれぞれの駆動タイミング信号を生成し供給する駆動タイミング供給手段とを有することを特徴とする。
【0009】
ここで、上述した第1の色画素は三原色の緑(G) とし、第2の色画素と第3の色画素は三原色の赤(R) と三原色の青(B) とすることが望ましい。
【0010】
また、複数の水平転送路がそれぞれ独立的に配線されているとき、基準とする水平転送路の信号に対して隣接する水平転送路の信号の位置を基準とする水平転送路の信号位置と同じ位置に移動させる信号移動調整手段を設けると良い。駆動タイミング供給手段は、少なくとも4相、6相、あるいは8相で変化する信号のいずれかを生成し垂直駆動信号に用いることが好ましい。
【0011】
この固体撮像装置は、撮像面の奇数列あるいは偶数列に第1の色画素を割り当て、この第1の色画素の間の偶数列あるいは奇数列に第2の色画素、第3の色画素を順に配し、次に配される第1の色画素間には第3の色画素、第2の色画素の順に各画素を配することにより、第1の色画素の列に対して第2、第3の色画素を千鳥配置させて完全に第2、第3の画素で市松模様を形成する。この配置パターンは、第2、第3の色画素が配される列に対して第1の色画素の列が 180°空間的にずれて配置されているので、一つの水平転送路にこれらの画素の偶数列と奇数列からの信号が同時に転送されないようになる。これにより、固体撮像装置は偶数列と奇数列からの信号を振り分けることができる。
【0012】
また、飛越しゲート制御手段で飛越しゲート手段を制御することにより、これらの画素から垂直転送されてくる信号の中で画素配列の奇数列あるいは偶数列の信号だけを選択的に隣接する水平転送路へと飛越しさせ、信号の飛越しが行われた水平転送路に偶数列あるいは奇数列の垂直転送が可能になり、これら複数の水平転送路から同時に信号を出力させることができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明の固体撮像装置の一実施例を詳細に説明する。
【0014】
本実施例は、固体撮像装置の構成、特に画素配置についてとその動作について図1〜図6を参照しながら説明する。ここで、固体撮像装置は、一般に被写体からの光学像を撮像面の画素に供給して光電変換を行い画像信号として取り込む、たとえばディジタルスチルカメラ、ムービーカメラ、画像入力装置等に適用される。
【0015】
図1は固体撮像装置10の構成を示す概略的な模式図である。固体撮像装置10は、図1に示すように、撮像面の画素領域PAに配されている複数の画素Pi、4本の垂直転送レジスタ11a 〜11d と、水平転送レジスタ12a,12b と、飛越しゲート13と、駆動信号生成部14とで構成されている。
【0016】
まず、上述した垂直転送レジスタ11a 〜11d は、各画素Piで得られた信号電荷(以下、単に信号という)を列の下方にある水平転送レジスタ12a に向かって転送する垂直CCD である。また、水平転送レジスタ12a,12b は、垂直転送レジスタ11a 〜11d から供給される信号を行(あるいは水平)方向に転送する水平CCD である。
【0017】
次に撮像面上の画素領域PAに配列される画素Piについて説明する。この画素領域PAには、画素Pi、すなわち受光領域を持つフォトダイオードからなるセルが2次元配列されている。各画素Piにはカラー表示させるため三原色G,R,B が割り当てられている。本実施例ではこれまで行われていた、いわゆるG 横ストライプRB市松パターンと異なる画素配列、すなわち、いわゆるG 縦ストライプRB完全市松パターンで従来、行われていた画素配列パターンと同様に画質劣化を防止できることを順次示していく。
【0018】
この新たな画素の2次元配列を行うために基準を設ける。この基準として第1の色に緑(G) を選択する。緑色の画素PGは画素領域PAの奇数列あるいは偶数列に割り当てる。この場合、画素PGは偶数列に配する(図1を参照)。ここで、図中の上から下へと図1に示される画素配列の位置関係を定義すると、この列方向に配された画素PGの間で、かつこの偶数列に対して隣接する左右の奇数列には、第2、第3の色、すなわち、たとえば赤(R),青(B) の画素PR,PB が順に配されている。なお、第1の色画素の配列が奇数列のとき、当然、隣接する左右の列は偶数列になる。また、図1に示すように、次に配されている画素PGの間には画素PGの偶数列に対して隣接する左右の奇数列に第3、第2の色、すなわち、たとえば青(B),赤(R) の画素PB,PR の順に各画素が配される。このように画素を配列させることにより、図1の下から3行目に位置する画素PGに着目して観ると、基準の画素PGに対して対角線上に青(B) あるいは赤(R) の同色の画素が配されるようになり、いわゆる完全なる市松パターンを画素領域PA内に形成することができる。換言すると、この画素配列は画素PGの偶数列に対し隣接する奇数列の画素PR,PB を交互に入れ替えながら、千鳥配置させているとも言うことができる。
【0019】
この画素配列は、画素PGを有する偶数列が画素PR,PB を有する奇数列に対して180 °ずれて配置されている。このため垂直転送レジスタ11a 〜11d を介して水平転送レジスタ12a に信号が到達するとき、3つの色に対応する信号が同時には達しない。したがって、奇数列/偶数列から供給される信号を一つの単位として水平転送レジスタ12a に振り分けて供給することが可能になる。また、この画素領域PAから水平転送レジスタ12a には、画素配列の奇数行あるいは偶数行の信号が供給されることは言うまでもない。
【0020】
飛越しゲート13は、水平転送レジスタ12a,12b との間に配している。飛越しゲート13は、奇数列あるいは偶数列のいずれか一方にのみ設けている。本実施例では、奇数列だけに設けた場合について説明している。飛越しゲート13は、ゲートをオン状態にすることにより水平転送レジスタ12a に供給された信号を水平転送レジスタ12a から水平転送レジスタ12b に供給させる機能を有している。この機能はオフ状態では機能しない。このようにして飛越しゲート13は隣接する水平転送レジスタ12a,12b の間の信号の橋渡しを行っている。
【0021】
駆動信号生成部14は、垂直転送レジスタ11a 〜11d 、水平転送レジスタ12a,12b および飛越しゲート13にそれぞれ供給する駆動タイミング信号を生成している。駆動タイミング信号としては、たとえば垂直転送に用いる垂直走査信号V1〜V8、水平転送に用いる水平走査信号H1〜H4、ゲート駆動信号等がある。駆動信号生成部14は、特に少なくとも4相、6相、あるいは8相で変化する信号のいずれかを生成し垂直駆動信号(垂直走査信号)に用いる。また、駆動信号生成部14は、水平転送レジスタ12a,12b がそれぞれ独立的に配線されているとき、基準とする水平転送レジスタ12a の信号に対して隣接する水平転送レジスタ12b の信号の位置を基準とする水平転送レジスタ12a の信号位置と同じ位置に移動させる信号移動調整手段でもある。
【0022】
図1の画素配列で信号電荷を転送するとき、駆動信号生成部14は、電極φ1 〜φ16に8相の垂直走査信号V1〜V8を印加する。ここで、固体撮像装置10の垂直転送レジスタの動作は、たとえば、4相駆動のポテンシャルで表すと、図2に示すように変化する。このように垂直転送を繰り返すことにより、信号は徐々に矢印A の示す方向へと移動していく。このため後述するように水平転送レジスタ12a には、奇数列の画素PR,PB が先に達する。なお、本実施例中において光学系は図示していないが前述した画素の色に対応した色フィルタを有している。
【0023】
次に固体撮像装置10の動作を説明する。図3〜図6は、図1に示した装置構成をさらに簡略化して表し、各ステップでの動作を示している。この固体撮像装置10には、被写体からの光が光学系を介して照射されている。固体撮像装置10は、電子シャッタを開状態にして露光を行う(図3(a) を参照)。画素であるフォトダイオードは光電変換により入射光を電気信号に変換している。この電気信号は信号電荷である。フォトダイオードでは入射光の光量に応じて信号電荷が生成されるので、フォトダイオードには生成された電荷が蓄積される。図示しないが電子シャッタの開閉も駆動信号生成部14からの信号に応じて行われている。
【0024】
次に固体撮像装置10の電子シャッタを閉状態にする。そして、駆動信号生成部14は画素Piの奇数列の中で電極φ5,φ13に垂直走査信号V5を印加する。また、駆動信号生成部14は、画素Piの偶数列の中で電極φ1,φ9 に垂直走査信号V1を印加する。このとき、垂直走査信号V1,V5 は、たとえば10V の電圧を印加して各画素Piの蓄積した電荷を垂直転送レジスタ11a 〜11d に読み出す(図3(b) を参照)。これら4つの電極以外には、たとえば0Vの電圧が印加されている。これにより、読み出された信号電荷(以下、信号という)を格納する垂直CCD から隣接する垂直CCD に信号が漏れないように障壁が形成される。
【0025】
これ以降、8相の垂直走査信号の駆動により読み取った信号を垂直CCD の下方に順次移動させていく。このため、次に移動させる垂直CCD を含む各電極に垂直走査信号が供給される。この場合、奇数列では電極φ6,φ14に、偶数列では電極φ2,φ10に供給される。このとき、これらの電極に印加される垂直走査信号の電圧は、画素と垂直転送レジスタの信号を分離させておくため、たとえば5Vにしている。このようにして固体撮像装置10は、垂直転送レジスタ11a 〜11d を駆動させて順次信号を下方へと垂直転送させている(図3(c) を参照)。
【0026】
上述したように信号を順次垂直転送することにより、奇数列の信号、すなわち画素PB,PR からの信号が水平転送レジスタ12a に供給される(図4(a)を参照)。水平転送レジスタ12a,12b との間には、奇数列だけに飛越しゲート13が設けられている。図4(a) に示す固体撮像装置10の状態において駆動信号生成部14は、飛越しゲート13に飛越しゲート13をオンにする駆動信号を供給する。これにより、水平転送レジスタ12a に格納されていた奇数列の信号が水平転送レジスタ12b にそのまま飛越し移動させられる。ここで、水平転送レジスタ12b での信号の位置は、奇数列の位置となっている(図4(b) を参照)。
【0027】
次に駆動信号生成部14は、たとえば水平転送レジスタ12b に水平走査信号H1,H3 を供給する。この水平走査信号H1,H3 は、現在、水平転送レジスタ12b に格納されている信号を一列分だけ出力端側へ移動させる。これにより、水平転送レジスタ12b 内の信号は偶数列の直下に移動させられる(図4(c) を参照)。なお、このとき、水平転送レジスタ12a には信号が何も入っていない状態にあるので、水平転送レジスタ12a,12b をともに駆動させるようにしても良い。
【0028】
この信号の水平転送処理を行った後、さらに垂直転送を4回行うことによって垂直転送レジスタ11a 〜11d に残っている信号が4段下方に向かって垂直転送させられる。この垂直転送によって偶数列からの信号、すなわち画素PGからの信号が水平転送レジスタ12a に達する(図5(a) を参照)。また、垂直転送を4回行うことによって奇数列の信号が水平転送レジスタ12a に供給される(図5(b) を参照)。
【0029】
次に駆動信号生成部14は飛越しゲート13に駆動信号を供給する。飛越しゲート13は駆動信号に応じてゲートがオンになる。これにより、水平転送レジスタ12a の奇数列の信号が水平転送レジスタ12a から水平転送レジスタ12b に供給される(図5(c) を参照)。このような信号の飛越し転送は、前述したように奇数列の位置にのみ飛越しゲート13が配設されているためである。
【0030】
信号の飛越転送後、駆動信号生成部14は水平走査信号H2,H4 を水平転送レジスタ12a に供給する。この水平走査信号H2,H4 により水平転送レジスタ12a は、水平転送レジスタ12a の偶数列直下にある信号を出力端側に向かって一列だけ移動させる(図6(a) を参照)。そして、駆動信号生成部14は、垂直走査信号を4回垂直転送レジスタ11b,11d に供給する。垂直転送レジスタ11b,11d は、現在ここだけに残っている信号を4段下方へと垂直転送する。この結果として水平転送レジスタ12a に偶数列の信号が転送される(図6(b) を参照)。このような動作を行わせることによって、各画素Piで得られた信号は水平転送レジスタ12a,12b にすべて転送される。ここで、水平転送レジスタ12a には、偶数列から供給される信号が転送されている。また、水平転送レジスタ12b には、奇数列から供給される信号が転送されている。
【0031】
ここで、実際の画面にカラー表示を行う際には、たとえば3つの色(R),(G),(B) を用いて被写体の色が表される。したがって、カラー画像の構成要素である1ラインを表示するためには、画素PR,PG,PBの組合せが必要になる。図1に示した画素領域PAは、G 縦ストライプRB完全市松という画素パターンで構成されているので、カラー表示として2ライン分の信号を有していることになる。これにより、図6(b) の水平転送レジスタ12a,12b には、撮像された2ライン分の信号が格納されている。
【0032】
駆動信号生成部14は、水平転送レジスタ12a,12b の両方にたとえば、水平走査信号H1〜H4を同時に供給する。水平転送レジスタ12a,12b は、2ライン分の信号をアンプ15a,15b をそれぞれ介して出力する。
【0033】
ところで、上述したように2ライン分の信号は、撮像面の最下位に位置するラインの画素、すなわち2ライン目の画素から順に読み出されてくるので、読み出した信号には列方向に画素ずれがある。この画素ずれを補正するとき、この場合の補正手順としては各列から2個ずつ区切って読み出した信号をたとえばメモリに格納し、読み出す順序を逆にするように最初の信号からひとつおきに読み飛ばして出力させ、次に読み飛ばした残りの信号を出力側から順に読み出す。この読出しの際にさらに、たとえば偶数列、奇数列、偶数列、・・・・・ と交互に読み出させると、読み出した補正信号は、画素ずれのない画面表示に適した信号にすることができる。
【0034】
一般的に、この画素配置パターンでn ライン分の画素を有する場合、画素ずれの補正は、たとえば偶数列の各列の信号をn 個ずつ区切り、まず最初の信号からn,2n,・・・,mn 番目の信号(m=1,2,3,・・・ )だけを読み、奇数列の各列の信号も上記と同様の読み出しを行い、次に偶数列と奇数列における最初の信号からn-1,2n-1,・・・,mn-1 番目の信号を交互に読み、最後に、偶数列と奇数列における最初の信号からn-i,2n-i,・・・,mn-i 番目の信号(i=0,1,2,3,・・・,n-1 )だけを交互に読むようにする。
【0035】
また、各画素PR,PG,PBをG 縦ストライプRB完全市松という画素PGに対し画素PR,PB を空間的にずらしたパターンで配置されているので、画面領域内に存在する画素のデータを用いて画素のない空間位置のデータを後段の補間処理によって求めることができ、結果的に固体撮像装置を高解像度にすることができる。
【0036】
このように構成することにより、複数の水平転送レジスタを用いて全画像を短時間で読み出すとともに、奇数列/偶数列の単位で信号を各水平転送レジスタに振り分けることができる。この振り分け処理は、信号の転送効率の改善に伴って設けたアンプゲインのばらつきにより水平方向の縞として生じていた固定パターンノイズの発生を防止できる。また、画素が空間的にずれたパターンに配置し、画素のない空間位置のデータを後段の補間処理によって求めると、結果的に、固体撮像装置を高解像度にすることができる。
【0037】
なお、本実施例は電極構造を8本用いて説明したが、この実施例に限定されることなく、本発明の概念を含んだ構成であればよく、たとえば6本の電極構造等を用いてもよいことは明らかである。
【0038】
【発明の効果】
このように本発明の固体撮像装置によれば、撮像面の第1の色画素の列に対して第2、第3の色画素を千鳥配置させて完全に第2、第3の画素で市松模様を形成させ、第2、第3の色画素が配される列に対して第1の色画素の列が180 °空間的にずれて配置しているので、一つの水平転送路にこれらの画素からの信号がすべて同時に転送されないようにし、飛越しゲート制御手段で飛越しゲート手段を制御して、これらの画素から垂直転送されてくる信号の中で画素配列の奇数列あるいは偶数列の信号だけを選択的に隣接する水平転送路へと飛び越しさせ、信号の飛越しが行われた水平転送路に偶数列あるいは奇数列の垂直転送を可能にさせ、これら複数の水平転送路から同時に信号を出力させることにより、複数の水平転送路を用いて全画像を短時間で読み出すとともに、奇数列/偶数列の単位で信号を各水平転送路に振り分けることができる。この振り分け処理は、信号の転送効率の改善に伴って設けたアンプゲインのばらつきにより水平方向の縞として生じていた固定パターンノイズの発生を防止できる。
【0039】
また、画素が空間的にずれたパターンに配置し、画素のない空間位置のデータを後段の補間処理によって求めると、結果的に、固体撮像装置を高解像度にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は固体撮像装置の構成を示す概略的な模式図である。
【図2】図1の固体撮像装置を4相駆動した際に信号電荷のポテンシャルで移動状態を説明するポテンシャル図である。
【図3】図1は固体撮像装置の信号の転送動作を説明する概略的な模式図である。
【図4】図1は固体撮像装置の信号の転送動作を説明する概略的な模式図である。
【図5】図1は固体撮像装置の信号の転送動作を説明する概略的な模式図である。
【図6】図1は固体撮像装置の信号の転送動作を説明する概略的な模式図である。
【符号の説明】
10 固体撮像装置
11a 〜11d 垂直転送レジスタ
12a,12b 水平転送レジスタ
13 飛越しゲート
14 駆動信号生成部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
In the present invention, incident light is supplied to pixels arranged on an imaging surface via an optical system including an optical lens and a color filter, and a signal obtained by performing photoelectric conversion on the pixels is supplied at the timing of a supplied drive signal. In accordance with the timing of the drive signal, the signals read out from the horizontal transfer paths are supplied according to the timing of the drive signals. The solid-state imaging device for output is particularly suitable for use in digital still cameras, movie cameras, image input devices, and the like.
[0002]
[Prior art]
In order to obtain a high-quality image, the solid-state imaging device has, for example, hundreds of thousands to millions of pixels (cells), and signal charges obtained from these pixels are signaled to the horizontal transfer register via the vertical transfer register. Electric charge is being supplied. The solid-state imaging device uses a device or the like in which the horizontal transfer register is increased in speed so that the output signal from the horizontal transfer register conforms to the current television standard, or the horizontal transfer register is composed of two or more lines. Yes. As an example of this, for example, there is a so-called high-vision standard that requires higher-speed processing than the current television standard. This standard has a high horizontal readout speed of 74MHz. In order to easily control the horizontal reading speed, a configuration using a two-line horizontal transfer register has been proposed for the solid-state imaging device of this standard.
[0003]
The solid-state imaging device of this standard reduces the horizontal transfer rate per column to 37 MHz by distributing the signal charges that have passed through the pixel and the vertical transfer register in order to the horizontal transfer registers. According to this proposal, the high-definition standard can be satisfied even if one screen is driven at a low horizontal transfer speed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, by using the configuration of the two-line horizontal transfer register, the output signal from the solid-state imaging device is deteriorated. As an example of deterioration, by passing one stage of vertical transfer from the upper stage to the lower horizontal transfer register, the output from the horizontal transfer register on the lower stage is, for example, about 0.01% compared to the output from the upper horizontal transfer register. Deterioration occurs. In addition, read amplifiers are also required in accordance with the two systems of signal readout. At this time, since the gains of the read amplifiers vary considerably, it is known that the gain variations of these read amplifiers have a great influence on the image quality of the screen.
[0005]
Specifically describing this deterioration, when the signal charge is read out, for example, in a monochrome solid-state imaging device that reads out the signal charge from the horizontal transfer registers on the upper side and the lower side corresponding to the even and odd lines in the image, Since there is a slight difference in brightness between the odd / even lines on the screen, the screen has horizontal stripes for each line. Therefore, for the gain variation that greatly affects the image quality degradation of the screen, the signal level is corrected by performing gain adjustment in the subsequent signal processing unit and displaying it on the screen.
[0006]
A color solid-state imaging device that detects colors also employs a method in which a horizontal transfer register is configured with multiple lines. In this case, in order to prevent variations in the same color from occurring in the horizontal transfer register that outputs a signal, a color filter is arranged so that an output signal is read from the same horizontal transfer register for the same color signal. The arrangement of this color filter with respect to the three primary colors R, G, B is, for example, that G is arranged in the odd-numbered columns to form horizontal stripes, R, B is arranged in the even-numbered columns, and the R, G filters form a checkered pattern. The so-called G horizontal stripes R and B are arranged in a checkered manner. The color solid-state imaging device uses such a spatial pixel shifting technique to obtain resolution.
[0007]
Eliminates the disadvantages of the prior art and prevents image quality degradation even in arrangement patterns different from the arrangement pattern in which the horizontal transfer register is composed of multiple lines in the color solid-state imaging device and the color filter is a G horizontal stripe R, B checkered pattern An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device that can perform the above-described process.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention supplies signals obtained by supplying incident light to pixels arranged on an imaging surface via an optical system including an optical lens and a color filter and performing photoelectric conversion on the pixels. Reads and transfers vertically according to the timing of the supplied drive signal, controls the interlace gates between multiple horizontal transfer paths, supplies signals to the multiple horizontal transfer paths, and reads the signals read from these horizontal transfer paths In the solid-state imaging device that outputs in accordance with the timing of the drive signal, between this first color pixel and the first color pixel in which the first color is assigned to the odd-numbered column or even-numbered column of the imaging surface. The second color pixel assigned the second color to the left and right even columns or odd columns adjacent to the first color pixel array, and the third color pixel assigned the third color are arranged in order. Between the first color pixels to be arranged next An image pickup means formed by repeating an array in which each pixel is arranged in the order of the third color pixel and the second color pixel in several or odd columns, and a pixel among signals vertically transferred from these pixels Interlace gate means for jumping only signals in odd-numbered columns or even-numbered columns to adjacent horizontal transfer paths, and generating and supplying respective drive timing signals to the interlace gate means, vertical transfer paths and horizontal transfer paths Drive timing supply means for performing the above operation.
[0009]
Here, it is preferable that the first color pixel is green (G) of the three primary colors, and the second color pixel and the third color pixel are red (R) of the three primary colors and blue (B) of the three primary colors.
[0010]
Also, when a plurality of horizontal transfer paths are independently wired, the signal position of the horizontal transfer path is the same as the signal position of the horizontal transfer path adjacent to the reference horizontal transfer path signal. It is preferable to provide signal movement adjusting means for moving the position. Preferably, the drive timing supply means generates at least one of signals changing in four phases, six phases, or eight phases and uses it as a vertical drive signal.
[0011]
In this solid-state imaging device, the first color pixels are assigned to odd or even columns on the imaging surface, and the second and third color pixels are assigned to even or odd columns between the first color pixels. By arranging each pixel in the order of the third color pixel and the second color pixel between the first color pixels arranged next, the second color pixel is arranged in the second color pixel sequence. The third color pixels are arranged in a staggered manner to completely form a checkered pattern with the second and third pixels. In this arrangement pattern, the columns of the first color pixels are arranged 180 degrees apart from the columns in which the second and third color pixels are arranged. Signals from even and odd columns of pixels are not transferred simultaneously. Thereby, the solid-state imaging device can distribute the signals from the even and odd columns.
[0012]
In addition, by controlling the jump gate means with the jump gate control means, only the signals in the odd-numbered or even-numbered columns of the pixel array among the signals vertically transferred from these pixels are selectively transferred horizontally adjacent to each other. It is possible to perform even-numbered or odd-numbered column vertical transfer on the horizontal transfer path in which signals are skipped, and signals can be simultaneously output from the plurality of horizontal transfer paths.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, an embodiment of the solid-state imaging device of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0014]
In the present embodiment, the configuration of the solid-state imaging device, particularly the pixel arrangement and the operation thereof will be described with reference to FIGS. Here, the solid-state imaging device is generally applied to, for example, a digital still camera, a movie camera, an image input device, or the like that supplies an optical image from a subject to pixels on the imaging surface, performs photoelectric conversion, and captures it as an image signal.
[0015]
FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of the solid-
[0016]
First, the above-described vertical transfer registers 11a to 11d are vertical CCDs that transfer signal charges (hereinafter simply referred to as signals) obtained in each pixel Pi toward a
[0017]
Next, the pixels Pi arranged in the pixel area PA on the imaging surface will be described. In the pixel area PA, pixels Pi, that is, cells made of photodiodes having a light receiving area are two-dimensionally arranged. Three primary colors G, R, and B are assigned to each pixel Pi for color display. In this embodiment, the pixel arrangement different from the so-called G horizontal stripe RB checkered pattern, which has been performed so far, that is, the so-called G vertical stripe RB complete checkered pattern prevents deterioration of image quality as in the conventional pixel arrangement pattern. We will show you what you can do.
[0018]
A reference is provided to perform this two-dimensional array of new pixels. As this reference, green (G) is selected as the first color. The green pixel PG is assigned to an odd column or an even column of the pixel area PA. In this case, the pixels PG are arranged in even columns (see FIG. 1). Here, if the positional relationship of the pixel array shown in FIG. 1 is defined from the top to the bottom in the figure, the left and right odd numbers adjacent to this even column between the pixels PG arranged in this column direction are defined. In the column, second and third colors, that is, red (R) and blue (B) pixels PR and PB, for example, are arranged in order. When the arrangement of the first color pixels is an odd-numbered column, the adjacent left and right columns are naturally even-numbered columns. Further, as shown in FIG. 1, between the pixels PG arranged next, the third and second colors, that is, for example, blue (B ) And red (R) pixels PB and PR in this order. By arranging the pixels in this way, when paying attention to the pixel PG located in the third row from the bottom in FIG. 1, blue (B) or red (R) is diagonally formed with respect to the reference pixel PG. Pixels of the same color are arranged, and a so-called complete checkered pattern can be formed in the pixel area PA. In other words, it can be said that this pixel array is arranged in a staggered manner while alternately switching the pixels PR and PB in the odd columns adjacent to the even columns of the pixels PG.
[0019]
In this pixel array, the even-numbered columns having the pixels PG are arranged 180 degrees away from the odd-numbered columns having the pixels PR and PB. Therefore, when signals reach the
[0020]
The
[0021]
The drive signal generator 14 generates drive timing signals to be supplied to the vertical transfer registers 11a to 11d, the horizontal transfer registers 12a and 12b, and the
[0022]
When the signal charge is transferred in the pixel array of FIG. 1, the drive signal generation unit 14 applies 8-phase vertical scanning signals V1 to V8 to the electrodes φ1 to φ16. Here, the operation of the vertical transfer register of the solid-
[0023]
Next, the operation of the solid-
[0024]
Next, the electronic shutter of the solid-
[0025]
Thereafter, the signals read by driving the eight-phase vertical scanning signals are sequentially moved below the vertical CCD. Therefore, a vertical scanning signal is supplied to each electrode including the vertical CCD to be moved next. In this case, the odd-numbered columns are supplied to the electrodes φ6 and φ14, and the even-numbered columns are supplied to the electrodes φ2 and φ10. At this time, the voltage of the vertical scanning signal applied to these electrodes is set to 5 V, for example, in order to separate the pixel and vertical transfer register signals. In this manner, the solid-
[0026]
As described above, the signals are sequentially transferred in the vertical direction, whereby the signals in the odd columns, that is, the signals from the pixels PB and PR are supplied to the
[0027]
Next, the drive signal generator 14 supplies the horizontal scanning signals H1 and H3 to the
[0028]
After performing the horizontal transfer processing of this signal, the signals remaining in the vertical transfer registers 11a to 11d are vertically transferred downward by four stages by further performing vertical transfer four times. By this vertical transfer, a signal from an even-numbered column, that is, a signal from the pixel PG reaches the
[0029]
Next, the drive signal generator 14 supplies a drive signal to the
[0030]
After the interlaced transfer of signals, the drive signal generator 14 supplies the horizontal scanning signals H2 and H4 to the
[0031]
Here, when performing color display on an actual screen, for example, the color of the subject is represented using three colors (R), (G), and (B). Therefore, a combination of pixels PR, PG, and PB is required to display one line that is a component of a color image. The pixel area PA shown in FIG. 1 has a pixel pattern of G vertical stripe RB complete checkerboard, and therefore has signals for two lines as color display. As a result, the captured signals for two lines are stored in the horizontal transfer registers 12a and 12b in FIG. 6B.
[0032]
The drive signal generation unit 14 supplies, for example, horizontal scanning signals H1 to H4 simultaneously to both the horizontal transfer registers 12a and 12b. The horizontal transfer registers 12a and 12b output signals for two lines via amplifiers 15a and 15b, respectively.
[0033]
By the way, as described above, the signals for two lines are read sequentially from the pixel of the line located at the lowest position of the imaging surface, that is, the pixel of the second line, and therefore, the read signal has a pixel shift in the column direction. There is. When correcting this pixel shift, the correction procedure in this case is to store the signals read by dividing each column by two, for example, in a memory, and skip every other signal from the first signal so that the reading order is reversed. The remaining signals skipped next are read in order from the output side. In this reading, if the even number column, the odd number column, the even number column, and so on are alternately read, the read correction signal can be a signal suitable for screen display with no pixel shift. it can.
[0034]
In general, when there are n lines of pixels in this pixel arrangement pattern, for example, correction of pixel shift is performed by dividing, for example, n signals in each column of even columns, and starting from the first signal, n, 2n,. , read only the mnth signal (m = 1,2,3, ...), read the signals of each odd-numbered column in the same way as above, and then start with the first signal in the even-numbered and odd-numbered columns Read n-1,2n-1, ..., mn-1th signal alternately, and finally, ni, 2n-i, ..., mn-ith from the first signal in even and odd columns Are read alternately (i = 0, 1, 2, 3,..., N-1).
[0035]
In addition, each pixel PR, PG, PB is arranged in a pattern in which the pixels PR, PB are spatially shifted with respect to the pixel PG called G vertical stripe RB perfect checkerboard, so the pixel data existing in the screen area is used. Thus, data of spatial positions without pixels can be obtained by subsequent interpolation processing, and as a result, the solid-state imaging device can have a high resolution.
[0036]
With this configuration, all images can be read out in a short time using a plurality of horizontal transfer registers, and signals can be distributed to the horizontal transfer registers in units of odd / even columns. This distribution process can prevent the occurrence of fixed pattern noise that has occurred as horizontal stripes due to variations in the amplifier gain provided with the improvement in signal transfer efficiency. In addition, when pixels are arranged in a spatially shifted pattern and data of spatial positions without pixels is obtained by subsequent interpolation processing, the solid-state imaging device can be made high resolution as a result.
[0037]
In addition, although the present Example demonstrated using eight electrode structures, it is not limited to this Example, What is necessary is just the structure containing the concept of this invention, for example, using six electrode structures etc. It is clear that it is good.
[0038]
【The invention's effect】
As described above, according to the solid-state imaging device of the present invention, the second and third color pixels are arranged in a staggered manner with respect to the first color pixel column on the imaging surface, and the second and third pixels are completely checked. Since the pattern is formed and the first color pixel columns are arranged 180 degrees apart from the columns where the second and third color pixels are arranged, these are arranged in one horizontal transfer path. Prevent all signals from the pixels from being transferred at the same time, and control the jump gate means with the jump gate control means. Among the signals transferred vertically from these pixels, signals in the odd or even columns of the pixel array Are selectively jumped to adjacent horizontal transfer paths, allowing even or odd columns to be vertically transferred to the horizontal transfer paths where signals are skipped, and signals are simultaneously sent from these horizontal transfer paths. By outputting, all images using multiple horizontal transfer paths It reads in a short time, it is possible to distribute the signal in units of odd-numbered columns / even-numbered columns in each horizontal transfer path. This distribution process can prevent the occurrence of fixed pattern noise that has been generated as horizontal stripes due to variations in amplifier gain provided with improvement in signal transfer efficiency.
[0039]
In addition, when pixels are arranged in a spatially shifted pattern and data of spatial positions without pixels is obtained by subsequent interpolation processing, the solid-state imaging device can be made high resolution as a result.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a solid-state imaging device.
FIG. 2 is a potential diagram for explaining a movement state by the potential of signal charges when the solid-state imaging device of FIG. 1 is driven in four phases.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a signal transfer operation of a solid-state imaging device.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a signal transfer operation of a solid-state imaging device.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a signal transfer operation of a solid-state imaging device.
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a signal transfer operation of a solid-state imaging device.
[Explanation of symbols]
10 Solid-state imaging device
11a to 11d Vertical transfer register
12a, 12b Horizontal transfer register
13 Jump gate
14 Drive signal generator
Claims (3)
前記2次元状に配された受光素子の奇数列または偶数列に第1の色を割り当てた第1の色画素がストライプ状に配されることにより第1行を第1の色画素とし、第1の色画素の間に第1の色画素の配列に対して隣接する画素を含む第2行において、第1の色画素の左または右側に位置する画素に第2の色を割り当てた第2の色画素が配され、第1の色画素の列を挟む右または左側に位置する画素に第3の色を割り当てた第3の色画素が配され、第1の色画素がストライプ状に配されることにより第3行が形成され、さらに、第3行に配される第1の色画素に対して隣接する左または右側に位置する画素に第3の色画素が配され、第1の色画素の列を挟む右または左側に位置する画素に第2の色画素が第4行として配される配列を基本の色フィルタ配列パターンに設定し、複数回繰り返して、色フィルタが形成され、前記画素から信号電荷を読み出す撮像手段を含み、
該撮像手段は、前記複数の水平転送路の間に配され、前記画素から垂直転送されてくる信号電荷の中で前記偶数列または前記奇数列のいずれかだけに前記信号電荷を通すゲートが形成され、第1の色画素に対する信号電荷または第2および第3の色画素に対する信号電荷だけを隣接する水平転送路に飛越しさせる飛越しゲート手段を含み、
該装置は、さらに、前記飛越しゲート手段、前記垂直転送路および前記水平転送路にそれぞれの駆動タイミング信号を生成し、前記撮像手段に供給する駆動タイミング供給手段とを含み、
前記駆動タイミング供給手段は、前記複数の水平転送路がそれぞれ独立的に配線され、前記垂直転送路から信号電荷を一方の水平転送路に転送させ、転送された信号電荷を前記飛越しゲート手段に形成されたゲートの位置に応じて他方の水平転送路に送らせ、該他方の水平転送路に送った信号電荷を前記垂直転送路の一列分だけ転送させ、
前記一方の水平転送路に前記垂直転送路それぞれから第1、第2および第3の色画素の信号電荷を転送させ、
再び、前記一方の水平転送路に接続されたゲートの位置にある前記信号電荷を該一方の水平転送路から前記他方の水平転送路に転送させ、
前記一方の水平転送路にある前記信号電荷を前記垂直転送路の一列分だけ転送させ、
前記一方の水平転送路に前記飛越しゲート手段が形成された位置に対応する垂直転送路の間に形成された前記垂直転送路それぞれから前記信号電荷を転送させ、
前記一方および他方の水平転送路に前記信号電荷の色属性に応じてそろえて、そろえた信号電荷を前記一方および他方の水平転送路から所定の個数分、出力させる、各タイミングで用いる駆動信号それぞれを生成し、前記撮像手段に供給することを特徴とする固体撮像装置。A light receiving element that photoelectrically converts incident light through an optical system including an optical lens and a color filter is arranged in a two-dimensional manner as a pixel, and pixels adjacent to the pixel are arranged with a pixel shift from each other, The signal charge obtained from the pixel is read out according to the timing of the supplied drive signal, transferred vertically, and the signal is supplied to the adjacent horizontal transfer path by controlling the interlace gate between the plurality of horizontal transfer paths. In a solid-state imaging device that outputs signals read from these horizontal transfer paths according to the timing of the drive signal, the device includes:
The first color pixels assigned the first color to the odd-numbered or even-numbered columns of the two-dimensionally arranged light receiving elements are arranged in a stripe shape, whereby the first row becomes the first color pixel, A second row in which a second color is assigned to a pixel located on the left or right side of the first color pixel in a second row including pixels adjacent to the first color pixel array between the first color pixels. Are arranged, and a third color pixel assigned with the third color is arranged on a pixel located on the right or left side across the first color pixel column, and the first color pixel is arranged in a stripe pattern. As a result, a third row is formed, and a third color pixel is arranged on a pixel located on the left or right side adjacent to the first color pixel arranged in the third row, An arrangement in which the second color pixels are arranged as the fourth row in the pixels located on the right or left side across the column of color pixels is a basic color field. Set data arrangement pattern is repeated a plurality of times, a color filter is formed, comprises an imaging means for reading signal charges from said pixels,
The imaging means is arranged between the plurality of horizontal transfer paths, and a gate for passing the signal charge only to either the even column or the odd column among the signal charges vertically transferred from the pixel is formed. And a jump gate means for jumping only the signal charge for the first color pixel or the signal charge for the second and third color pixels to the adjacent horizontal transfer path,
The apparatus further includes drive timing supply means for generating drive timing signals for the interlace gate means, the vertical transfer path, and the horizontal transfer path and supplying the drive timing signals to the imaging means,
The drive timing supply means is configured such that the plurality of horizontal transfer paths are independently wired, transfer signal charges from the vertical transfer paths to one horizontal transfer path, and transfer the transferred signal charges to the jump gate means. Depending on the position of the formed gate, it is sent to the other horizontal transfer path, the signal charge sent to the other horizontal transfer path is transferred by one column of the vertical transfer path,
Transferring the signal charges of the first, second and third color pixels from each of the vertical transfer paths to the one horizontal transfer path;
Again, the signal charge at the gate connected to the one horizontal transfer path is transferred from the one horizontal transfer path to the other horizontal transfer path,
Transferring the signal charge in the one horizontal transfer path by one column of the vertical transfer path;
Transferring the signal charge from each of the vertical transfer paths formed between the vertical transfer paths corresponding to the positions where the jump gate means is formed in the one horizontal transfer path;
The drive signals used at each timing are arranged in accordance with the color attribute of the signal charge on the one and other horizontal transfer paths, and a predetermined number of signal charges are output from the one and other horizontal transfer paths. Is generated and supplied to the imaging means.
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