JP2000299817A - Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera system - Google Patents

Solid-state imaging device, driving method thereof, and camera system

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JP2000299817A
JP2000299817A JP11106071A JP10607199A JP2000299817A JP 2000299817 A JP2000299817 A JP 2000299817A JP 11106071 A JP11106071 A JP 11106071A JP 10607199 A JP10607199 A JP 10607199A JP 2000299817 A JP2000299817 A JP 2000299817A
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  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子スチルカメラにおいて、モニタリングモ
ードでは、フレームレートを上げることを目的として間
引き読み出しの駆動方法が採られるため、スミアや暗電
流等の垂直転送と同方向に乗るノイズ成分が問題とな
る。 【解決手段】 1垂直画素列の受光素子(画素)12の
各々に対応する信号パケットと1垂直画素列につき少な
くとも1個の空パケットを持つパケット列からなり、各
画素から読み出される信号電荷を垂直方向に転送する垂
直転送部13を具備するCCD撮像素子において、空パ
ケットの成分をP(プリセット)相に乗せて出力するよ
うにし、後段の信号処理系において、CCD撮像素子の
信号出力VoutのD(データ)相の成分とP相の成分
との差分をとることで、スミアや暗電流等の垂直転送と
同方向に乗るノイズ成分を抑制する。
(57) [Problem] In an electronic still camera, in a monitoring mode, a driving method of thinning-out reading is adopted for the purpose of increasing a frame rate, so that noises in the same direction as vertical transfer of smear, dark current, etc. Ingredients matter. SOLUTION: A signal packet corresponding to each of the light receiving elements (pixels) 12 in one vertical pixel column and a packet sequence having at least one empty packet per one vertical pixel column are provided. In the CCD image pickup device provided with the vertical transfer unit 13 for transferring in the direction, the component of the empty packet is put on the P (preset) phase and outputted, and the signal output Vout of the CCD image pickup device in the subsequent signal processing system is D By taking the difference between the (data) phase component and the P phase component, noise components such as smears and dark currents that travel in the same direction as vertical transfer are suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子およ
びその駆動方法並びにカメラシステムに関し、特に各画
素から信号電荷を間引いて読み出すいわゆる間引き読み
出し駆動が可能な固体撮像素子およびその駆動方法、並
びにこれらを用いたカメラシステムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solid-state imaging device, a method of driving the same, and a camera system, and more particularly, to a solid-state imaging device capable of so-called thinning-out read driving in which signal charges are thinned out from each pixel and a driving method thereof. And a camera system using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】固体撮像素子における問題点として、ス
ミアや暗電流等のノイズ成分が挙げられる。ここで、ス
ミアは、垂直転送部に直接光が混入したり、半導体基板
内部で発生した電荷が拡散により広がり、隣接画素や垂
直転送部に混入するために発生するノイズ成分である。
また、暗電流は、入射光量に無関係に発生するノイズ成
分であり、その発生要因として、半導体基板からの拡散
電流、基板表面の空乏層からの電流、界面の表面準位か
らの発生電流等が挙げられる。
2. Description of the Related Art As a problem in a solid-state imaging device, there are noise components such as smear and dark current. Here, smear is a noise component that is generated because light is directly mixed into the vertical transfer unit or an electric charge generated inside the semiconductor substrate is spread by diffusion and mixed into an adjacent pixel or the vertical transfer unit.
The dark current is a noise component generated irrespective of the amount of incident light, and its generation factors include a diffusion current from a semiconductor substrate, a current from a depletion layer on the substrate surface, and a current generated from a surface state at an interface. No.

【0003】このスミアや暗電流は、垂直転送と同方向
に乗るノイズ成分である。また、固体撮像素子の駆動方
法により、この垂直方向のノイズが助長される場合があ
り、その場合に特に問題となる。ノイズを助長する駆動
方法の例としては、静止画取り込み用途の電子スチルカ
メラ用CCD(Charge Coupled Device) 撮像素子におい
て、撮像画面を確認する際に、各画素の信号電荷を垂直
方向において間引いて読み出す(以下、間引き読み出し
と称す)ことで、フレームレートを向上する駆動処理を
行う駆動方法が挙げられる。
[0003] The smear and dark current are noise components riding in the same direction as the vertical transfer. Depending on the driving method of the solid-state imaging device, the noise in the vertical direction may be promoted, and in that case, there is a particular problem. As an example of a driving method that promotes noise, a CCD (Charge Coupled Device) for an electronic still camera for capturing a still image is read out by thinning out signal charges of each pixel in a vertical direction when confirming an imaging screen. (Hereinafter, referred to as “thinning-out reading”), a driving method for performing a driving process for improving a frame rate can be given.

【0004】ここで、静止画取り込み用途の電子スチル
カメラ用CCD撮像素子について説明する。この電子ス
チルカメラ用CCD撮像素子では、例えば全画素読み出
し駆動が採られる。なお、図11の模式図において、白
抜きの丸(○)は垂直転送部101上のノイズ成分を、
黒塗りの丸(●)は水平ブランキング期間一回に転送さ
れるノイズ成分を含む信号成分をそれぞれ示している。
Here, a CCD image pickup device for an electronic still camera for capturing a still image will be described. The CCD image pickup device for an electronic still camera employs, for example, all-pixel read driving. In the schematic diagram of FIG. 11, a white circle (白) indicates a noise component on the vertical transfer unit 101,
Black circles (•) indicate signal components including a noise component transferred during one horizontal blanking period.

【0005】全画素読み出し駆動では、図11(A)に
示すように、全画素の信号電荷(図中、黒塗りの四角で
示す)を同一時刻に垂直転送部101に一斉に読み出
し、当該垂直転送部101中で混合することなく独立に
垂直方向に転送し、さらにその信号電荷を水平転送部1
02により水平方向に転送し、電荷検出部103を介し
て読み出すようにしている。
In the all-pixel read driving, as shown in FIG. 11A, signal charges (indicated by black squares in the figure) of all pixels are simultaneously read to the vertical transfer unit 101 at the same time, and In the transfer unit 101, the signals are independently transferred in the vertical direction without mixing, and the signal charges are further transferred to the horizontal transfer unit 1
02 is transferred in the horizontal direction and read out via the charge detection unit 103.

【0006】この全画素読み出し駆動(A)では、水平
ブランキング期間当りの垂直転送部1本での転送画素数
は1画素である。また、一回に出力される信号画素数は
1画素であり、一回に出力されるノイズ量は垂直転送部
1個分(1パケット分のノイズ量)である。なお、ここ
では、全画素読み出しでも、メカシャッタを使わないこ
とを前提としている。
In the all-pixel read driving (A), the number of transfer pixels in one vertical transfer unit per horizontal blanking period is one. The number of signal pixels output at one time is one, and the amount of noise output at one time is for one vertical transfer unit (the amount of noise for one packet). In this case, it is assumed that the mechanical shutter is not used even in all-pixel reading.

【0007】一方、間引き読み出し駆動では、図11
(B)に示すように、例えば垂直方向において1画素お
きに間引く場合には、奇数行(図中、1,3,5,…
…)の画素の信号電荷のみを垂直転送部101に読み出
す。このとき、垂直転送部101には空パケットが存在
する。そして、信号パケットと空パケットを対にして垂
直方向に転送し、さらにその2パケット分の電荷を水平
転送部102中で混合して水平方向に転送し、電荷検出
部103を介して読み出すようにしている。
On the other hand, in the thinning-out read driving, FIG.
As shown in (B), for example, in the case of thinning out every other pixel in the vertical direction, odd rows (1, 3, 5,.
..) Are read out to the vertical transfer unit 101 only. At this time, an empty packet exists in the vertical transfer unit 101. Then, the signal packet and the empty packet are transferred in pairs in the vertical direction, and the charges of the two packets are mixed in the horizontal transfer unit 102 and transferred in the horizontal direction, and are read out via the charge detection unit 103. ing.

【0008】この間引き読み出し駆動(B)では、水平
ブランキング期間当りの垂直転送部1本での転送画素数
は2画素である。また、一回に出力される信号画素数は
1画素であり、一回に出力されるノイズ量は垂直転送部
2個分(2パケット分のノイズ量)である。
In the thinning-out reading drive (B), the number of transfer pixels in one vertical transfer unit per horizontal blanking period is two. The number of signal pixels output at one time is one, and the amount of noise output at one time is for two vertical transfer units (the amount of noise for two packets).

【0009】上述した動作説明から明らかなように、間
引き読み出しの駆動方法(B)でノイズが助長されるの
は、信号電荷が読み出されない空パケットが存在し、し
かもこの空パケットにも垂直転送部101上のノイズ成
分が蓄積されることから、水平転送部102において垂
直2画素(上下2パケット)間で混合を行うことによ
り、1画素分の信号成分に対して2パケット分のノイズ
成分が加算され、S/Nが2倍(6dB)悪化すること
になるからである。
As is apparent from the above description of operation, noise is promoted by the thinning-out read driving method (B) because there are empty packets from which signal charges are not read out, and the empty packets are also vertically transferred. Since the noise component on the unit 101 is accumulated, the horizontal transfer unit 102 performs mixing between two vertical pixels (upper and lower two packets), so that a noise component for two packets is generated for a signal component for one pixel. This is because the S / N ratio is doubled (6 dB).

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】実際的な電子スチルカ
メラの使われ方としては、静止画取り込みの際にメカシ
ャッタを閉じるものはスミア等のノイズ成分は問題にな
らないが、液晶テレビなどのモニターでの撮像画面の確
認(モニタリング)の際には、フレームレートを上げる
ことを目的として間引き読み出しの駆動方法が採られる
ため、スミアや暗電流等の垂直転送と同方向に乗るノイ
ズ成分が問題となる。
As a practical method of using an electronic still camera, a device that closes a mechanical shutter when capturing a still image does not cause noise components such as smears. When the imaging screen is checked (monitored), a thinning-out read driving method is adopted for the purpose of increasing the frame rate, and therefore, a noise component that runs in the same direction as vertical transfer of smear, dark current, or the like becomes a problem. .

【0011】なお、この垂直転送と同方向に乗るノイズ
成分を除去する方法として、同一垂直転送部の遮光され
た領域(光学的黒領域)の画素情報を用いてノイズ成分
をキャンセルする方法も知られている。しかしながら、
この方法の場合には、CCD撮像素子の外部にフレーム
メモリを用意し、このフレームメモリを用いて信号処理
を行うことが必要となるため、その分だけコスト高とな
る。
As a method of removing a noise component riding in the same direction as the vertical transfer, a method of canceling the noise component using pixel information of a light-shielded area (optical black area) of the same vertical transfer unit is also known. Have been. However,
In the case of this method, it is necessary to prepare a frame memory outside the CCD image pickup device and perform signal processing using this frame memory, so that the cost increases accordingly.

【0012】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、信号処理系に特別な
回路を追加しなくても、スミアや暗電流等の垂直転送と
同方向に乗るノイズ成分の除去を可能とした固体撮像素
子およびその駆動方法並びにカメラシステムを提供する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has as its object to provide the same direction as vertical transfer of smear and dark current without adding a special circuit to a signal processing system. It is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device capable of removing a noise component that rides on a camera, a driving method thereof, and a camera system.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、マトリクス状に配置された複数個の画
素と、1垂直画素列の画素の各々に対応する信号パケッ
トと1垂直画素列につき少なくとも1個の空パケットを
持つパケット列からなり、複数個の画素から読み出され
る信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直転送部と
を具備する固体撮像素子において、信号パケットと空パ
ケットの各電荷を混合することなく水平方向に転送し、
この水平転送される電荷を順に電気信号に変換し、空パ
ケットの成分をプリセット相に乗せ、信号パケットの成
分をデータ相に乗せて出力する。そして、後段の信号処
理系において、固体撮像素子の出力信号のデータ相の成
分とプリセット相の成分との差分をとる。
In order to achieve the above object, according to the present invention, a plurality of pixels arranged in a matrix, a signal packet corresponding to each pixel of one vertical pixel column, and one vertical pixel are provided. A solid-state imaging device comprising a packet sequence having at least one empty packet per column and having a plurality of vertical transfer units for vertically transferring signal charges read from a plurality of pixels. Transfer in the horizontal direction without mixing
The horizontally transferred charges are sequentially converted into electric signals, the components of the empty packets are put on the preset phase, and the components of the signal packets are put on the data phase and output. Then, in a subsequent signal processing system, the difference between the data phase component and the preset phase component of the output signal of the solid-state imaging device is calculated.

【0014】上記の構成において、空パケットには、ス
ミアや暗電流等のノイズ成分が、同じ垂直画素列の信号
パケットと同じノイズ量だけ生ずる。この空パケットの
ノイズ成分を固体撮像素子の出力波形のプリセット相に
乗せて出力することで、データ相の信号成分と独立して
ノイズ成分を取り出せる。したがって、後段の信号処理
系において、データ相の成分とプリセット相の成分との
差分をとることで、信号成分に含まれるノイズ成分をキ
ャンセルすることができる。
In the above configuration, noise components such as smear and dark current are generated in the empty packet by the same noise amount as in the signal packet of the same vertical pixel column. By outputting the noise component of the empty packet on the preset phase of the output waveform of the solid-state imaging device, the noise component can be extracted independently of the signal component of the data phase. Therefore, the noise component included in the signal component can be canceled by calculating the difference between the data phase component and the preset phase component in the subsequent signal processing system.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。図1は、本発明の第
1実施形態に係る固体撮像素子を示す概略構成図であ
る。ここでは、例えば全画素読み出し駆動方式CCD撮
像素子において、全画素読み出しモードの他に、垂直方
向において例えば1画素おきに画素情報を間引く処理を
行う間引き読み出しモードをとり得る場合を例に挙げて
説明するものとする。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. Here, for example, in the case of an all-pixel read-out driving CCD image sensor, in addition to the all-pixel read mode, a case where a thinning-out readout mode in which pixel information is thinned out at every other pixel in the vertical direction, for example, may be taken. It shall be.

【0016】図1において、撮像部(撮像エリア)11
は、半導体基板上にマトリクス状に配列され、入射光を
その光量に応じた電荷量の信号電荷に変換して蓄積する
フォトダイオード等の複数個の受光素子(画素)12
と、これら複数個の受光素子12の垂直列ごとにその配
列方向に沿って設けられた複数本の垂直転送部13とか
ら構成されている。
In FIG. 1, an image pickup section (image pickup area) 11
Are a plurality of light receiving elements (pixels) 12 such as photodiodes, which are arranged in a matrix on a semiconductor substrate, convert incident light into signal charges having a charge amount corresponding to the light amount, and accumulate the signal charges.
And a plurality of vertical transfer units 13 provided for each vertical column of the plurality of light receiving elements 12 along the arrangement direction.

【0017】複数本の垂直転送部13は、各画素に1:
1の対応関係を持って設けられた信号パケットと、これ
ら信号パケットの垂直転送方向前方側に1個ずつ配され
た空パケットの集合(パケット列)からなり、各パケッ
トの転送チャネル上には3つの転送電極(図示せず)が
転送方向に配列されている。ここで、パケットとは、信
号電荷の転送路上において、1つの信号成分やノイズ成
分を扱う単位を言う。そして、垂直転送部13は、例え
ば3相の垂直転送パルスVφ1,Vφ2,Vφ3によっ
て転送駆動される。
The plurality of vertical transfer units 13 include:
1 and a set (packet sequence) of empty packets arranged one by one in front of the signal packets in the vertical transfer direction, and three packets are provided on the transfer channel of each packet. One transfer electrode (not shown) is arranged in the transfer direction. Here, a packet refers to a unit that handles one signal component or noise component on a signal charge transfer path. Then, the vertical transfer section 13 is transfer-driven by, for example, three-phase vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2, Vφ3.

【0018】すなわち、垂直転送部13は、水平ブラン
キング期間において、1行(1ライン)分の信号電荷
を、3相の垂直転送パルスVφ1,Vφ2,Vφ3に応
じて1ラインずつ転送(以下、これをラインシフトと称
す)する動作を行う。ここで、垂直転送部13の転送電
極の一部が読み出しゲート電極を兼ねていることから、
垂直転送パルスVφ1,Vφ2,Vφ3のうちのいずれ
か1つは、低レベル、中間レベルおよび高レベルの3値
レベルをとり、その3値目の高レベルのパルスが読み出
しパルスとなる。
That is, during the horizontal blanking period, the vertical transfer section 13 transfers signal charges for one row (one line) line by line in accordance with the three-phase vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2, and Vφ3 (hereinafter, referred to as “line”). This is called a line shift). Here, since part of the transfer electrode of the vertical transfer unit 13 also serves as the readout gate electrode,
One of the vertical transfer pulses Vφ1, Vφ2, and Vφ3 takes a ternary level of a low level, an intermediate level, and a high level, and the third high-level pulse is a read pulse.

【0019】ただし、3相の垂直転送パルスVφ1,V
φ2,Vφ3の各パケットへの与え方は、間引き読み出
しモードでは全画素読み出しモードと異なる。すなわ
ち、信号電荷の読み出しが間引かれる画素については、
当然のことながら、読み出しパルスが与えられないこと
になる。また、垂直転送部13において、全画素読み出
しモードでは水平ブランキング期間に1回ラインシフト
が行われるのに対して、1画素おきの間引き読み出し駆
動では、水平ブランキング期間に2回ラインシフトが行
われることになる。
However, the three-phase vertical transfer pulses Vφ1, V
The way of applying φ2 and Vφ3 to each packet is different in the thinning-out reading mode from that in the all-pixel reading mode. In other words, for pixels from which signal charge readout is thinned,
As a matter of course, no read pulse is given. In the vertical transfer unit 13, the line shift is performed once in the horizontal blanking period in the all-pixel reading mode, whereas the line shift is performed twice in the horizontal blanking period in the thinning-out read driving every other pixel. Will be

【0020】撮像部11の図面上の下側には、複数本の
垂直転送部13の転送方向側端部に隣接して水平転送部
14が配されている。この水平転送部14は、間引き読
み出しモードでは、信号成分とノイズ成分を対にして転
送する必要があるために、水平方向の画素数の2倍の数
(倍密度)のパケットの配置(パケット列)からなる構
成となっている。そして、互いに逆相の水平転送パルス
Hφ1,Hφ2によって転送駆動される。この水平転送
パルスHφ1,Hφ2は、水平転送部14が倍密度で構
成されていることから、その周波数も通常の2倍に設定
されている。
A horizontal transfer unit 14 is arranged below the image pickup unit 11 in the drawing, adjacent to the ends of the plurality of vertical transfer units 13 in the transfer direction. In the thinning-out reading mode, the horizontal transfer unit 14 needs to transfer a signal component and a noise component as a pair. Therefore, the arrangement (packet sequence) of twice the number of pixels in the horizontal direction (double density) is performed. ). The transfer is driven by horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2 having phases opposite to each other. The horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2 are set at twice the normal frequency since the horizontal transfer unit 14 has a double density.

【0021】水平転送部14の転送先側の端部には、こ
の水平転送部14によって転送されてくる信号電荷を検
出し、これを信号電圧に変換して出力する例えばフロー
ティングディフュージョン・アンプ構成の電荷検出部1
5が配されている。この電荷検出部15は、水平転送部
14の最終出力ゲート16に隣接して設けられたFD
(フローティングディフュージョン)部17と、電荷を
掃き出すRD(リセットドレイン)部18と、FD部1
7の電荷をRD部18へ排出するRG(リセットゲー
ト)部19とから構成されている。
At the end of the horizontal transfer section 14 on the transfer destination side, a signal charge transferred by the horizontal transfer section 14 is detected, converted to a signal voltage and output, for example, a floating diffusion amplifier configuration. Charge detection unit 1
5 are arranged. The charge detection unit 15 is provided with an FD provided adjacent to the final output gate 16 of the horizontal transfer unit 14.
(Floating diffusion) section 17, RD (reset drain) section 18 for sweeping charge, and FD section 1
And an RG (reset gate) unit 19 for discharging the electric charge of No. 7 to the RD unit 18.

【0022】この電荷検出部15において、RD部18
には、所定のドレイン電圧Vrdが与えられている。ま
た、RG部19には、水平転送パルスHφ1,Hφ2と
例えば同周期のリセットゲートパルスRGφが印加され
る。そして、FD部17からは、信号電荷を信号電圧に
変換して得られる信号出力Voutが導出される。な
お、垂直転送パルスVφ1〜Vφ3、水平転送パルスH
φ1,Hφ2およびリセットゲートパルスRGφを含む
各種のタイミング信号は、タイミング発生回路20で生
成される。
In the charge detecting section 15, the RD section 18
Is supplied with a predetermined drain voltage Vrd. Further, a reset gate pulse RGφ having, for example, the same cycle as the horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2 is applied to the RG unit 19. From the FD unit 17, a signal output Vout obtained by converting the signal charge into a signal voltage is derived. Note that the vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ3, the horizontal transfer pulse H
Various timing signals including φ1, Hφ2 and reset gate pulse RGφ are generated by the timing generation circuit 20.

【0023】図2に、水平転送パルスHφ1,Hφ2、
リセットゲートパルスRGφおよび信号出力Voutの
タイミング関係を示す。信号出力Voutの波形におい
て、P相はプリセット部、D相はデータ部であり、水平
転送部14が2パケットを1単位とした倍密度構成であ
ることから、水平方向前方側のパケットの情報がP相
に、後方側のパケットの情報がD相として出力されるこ
とになる。
FIG. 2 shows horizontal transfer pulses Hφ1, Hφ2,
The timing relationship between the reset gate pulse RGφ and the signal output Vout is shown. In the waveform of the signal output Vout, the P-phase is a preset section, the D-phase is a data section, and the horizontal transfer section 14 has a double-density configuration with two packets as one unit. The information of the packet on the rear side is output to the P phase as the D phase.

【0024】次に、上記構成の全画素読み出し駆動方式
のCCD撮像素子の各駆動モードごとの動作について、
図3,図4の模式図を用いて説明する。なお、図3,図
4の各模式図において、白抜きの丸(○)は垂直転送部
13上のノイズ成分を、黒塗りの丸(●)は水平ブラン
キング期間一回に転送されるノイズ成分を含む信号成分
をそれぞれ示している。
Next, the operation of each driving mode of the CCD image pickup device of the above-structured all-pixel read driving method will be described.
This will be described with reference to the schematic diagrams of FIGS. In each of the schematic diagrams of FIGS. 3 and 4, a white circle (○) represents a noise component on the vertical transfer unit 13 and a black circle (●) represents noise transferred in one horizontal blanking period. The signal components including the components are shown.

【0025】先ず、モード切替え信号によって全画素読
み出しモードが設定されると、タイミング発生回路20
は、当該モードに対応したタイミングの垂直転送パルス
Vφ1〜Vφ3を出力する。これにより、図3の模式図
において、全画素の信号電荷(図中、黒塗りの四角で示
す)が同一時刻に垂直転送部13に一斉に読み出される
(A)。
First, when the all-pixel reading mode is set by the mode switching signal, the timing generation circuit 20
Outputs vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ3 at a timing corresponding to the mode. As a result, in the schematic diagram of FIG. 3, the signal charges of all the pixels (indicated by black squares in the figure) are simultaneously read out to the vertical transfer unit 13 at the same time (A).

【0026】続いて、垂直転送部13においてラインシ
フトが行われるのであるが、その前に、水平転送部14
は2パケットを1単位としていることから、このパケッ
ト対のうちの水平転送方向後方側のパケットに信号電荷
を供給するために、水平転送部14ではあらかじめ1ビ
ット(1パケット)分のシフト(以下、これを1ビット
シフトと称す)が行われる。その後、水平ブランキング
期間内において1回ラインシフトが行われる。その結
果、1ライン(1行)分の信号電荷が水平転送部14に
シフトされる(B)。
Subsequently, before the line shift is performed in the vertical transfer section 13, the horizontal transfer section 14
Uses two packets as one unit, so that the horizontal transfer unit 14 previously shifts by one bit (one packet) in order to supply signal charges to the packet on the rear side in the horizontal transfer direction of this packet pair. , This is referred to as a 1-bit shift). Thereafter, the line shift is performed once within the horizontal blanking period. As a result, the signal charges for one line (one row) are shifted to the horizontal transfer unit 14 (B).

【0027】このようにして、垂直転送部13から水平
転送部14にシフトされた1ライン分の信号電荷は、水
平転送パルスHφ1,Hφ2にて水平方向に転送され、
電荷検出部15に画素単位で順に注入される。電荷検出
部15においては、水平転送パルスHφ1,Hφ2と同
周期でリセットゲートパルスRGφがリセットゲート部
19に印加されることにより、FD部17の残留電荷を
RD18に排出するリセット動作が行われる。
In this way, the signal charges for one line shifted from the vertical transfer unit 13 to the horizontal transfer unit 14 are transferred in the horizontal direction by the horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2.
The charges are sequentially injected into the charge detection unit 15 in pixel units. In the charge detection section 15, a reset operation of discharging the residual charges of the FD section 17 to the RD 18 is performed by applying the reset gate pulse RGφ to the reset gate section 19 in the same cycle as the horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2.

【0028】これにより、FD部17からは、図2に示
す如き波形の信号出力Voutが導出される。なお、全
画素読み出しモードにおいては、先述した動作説明から
明らかなように、前方側のパケットには垂直転送部13
から何ら情報が与えられないようになっている。したが
って、信号出力Voutにおいて、P相には何ら情報は
乗らず、このP相は後述する信号処理の際の基準とな
り、またD相には信号成分の情報が乗ることになる。
As a result, a signal output Vout having a waveform as shown in FIG. 2 is derived from the FD section 17. Note that, in the all-pixel read mode, as is apparent from the above-described operation description, the vertical transfer unit 13
No information is given to them. Therefore, in the signal output Vout, no information is put on the P phase, the P phase is a reference for signal processing described later, and information on the signal component is put on the D phase.

【0029】一方、モード切替え信号によって間引き読
み出しモードが設定されると、タイミング発生回路20
は、当該モードに対応したタイミングの垂直転送パルス
Vφ1〜Vφ3を出力する。これにより、図4の模式図
において、例えば偶数行(図中、2,4,……)の画素
の信号電荷(図中、黒塗りの四角で示す)のみが垂直転
送部13に読み出される(A)。
On the other hand, when the thinning-out reading mode is set by the mode switching signal, the timing generation circuit 20
Outputs vertical transfer pulses Vφ1 to Vφ3 at a timing corresponding to the mode. Thus, in the schematic diagram of FIG. 4, for example, only signal charges (indicated by black squares in the drawing) of pixels in even-numbered rows (2, 4,... In the drawing) are read out to the vertical transfer unit 13 ( A).

【0030】続いて、垂直転送部13において、水平ブ
ランキング期間内において1回目のラインシフトが行わ
れる。これにより、水平転送部14のパケット対のうち
の水平転送方向前方側のパケットに、垂直転送部13か
ら1ライン分のノイズ成分の電荷が供給されることにな
る(B)。その後引き続いて、水平転送部14におい
て、1ビットシフトが行われる。
Subsequently, in the vertical transfer section 13, the first line shift is performed within the horizontal blanking period. As a result, the charge of the noise component for one line is supplied from the vertical transfer unit 13 to the packet on the front side in the horizontal transfer direction of the packet pair of the horizontal transfer unit 14 (B). Subsequently, the horizontal transfer unit 14 performs a one-bit shift.

【0031】次に、垂直転送部13において、同じブラ
ンキング期間内において2回目のラインシフトが行われ
る。これにより、水平転送部14のパケット対のうちの
水平転送方向後方側のパケットに、垂直転送部13から
1ライン分の信号成分の電荷が供給されることになる
(C)。その結果、水平転送部14上において、パケッ
ト対の前方にノイズ成分の電荷が、後方に信号成分の電
荷がそれぞれ蓄積されることになる。
Next, in the vertical transfer section 13, a second line shift is performed within the same blanking period. Thereby, the charge of the signal component for one line is supplied from the vertical transfer unit 13 to the packet on the rear side in the horizontal transfer direction of the packet pair of the horizontal transfer unit 14 (C). As a result, on the horizontal transfer unit 14, the charge of the noise component is accumulated before the packet pair, and the charge of the signal component is accumulated behind the packet pair.

【0032】このようにして、水平ブランキング期間内
においてラインシフトが2回行われることによって垂直
転送部13から水平転送部14にシフトされたノイズ成
分および信号成分の各電荷は対で水平方向に転送され、
電荷検出部15に順に注入される。電荷検出部15で
は、水平転送パルスHφ1,Hφ2と同周期のリセット
ゲートパルスRGφによってリセット動作が行われ、そ
の結果、図2に示す如き波形の信号出力Voutにおい
て、P相にはノイズ成分の情報が乗り、D相には信号成
分の情報が乗ることになる。
As described above, the charges of the noise component and the signal component shifted from the vertical transfer unit 13 to the horizontal transfer unit 14 by performing the line shift twice in the horizontal blanking period are paired in the horizontal direction. Transferred,
The charges are sequentially injected into the charge detection unit 15. In the charge detector 15, a reset operation is performed by a reset gate pulse RGφ having the same cycle as the horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2. As a result, in the signal output Vout having a waveform as shown in FIG. , And the information of the signal component is carried on the D phase.

【0033】この電荷検出部15において、水平転送部
14の転送周期と同周期でリセット動作が行われること
により、P相とD相の間でもリセット動作が行われるこ
とになる。その結果、P相には1パケット分のノイズ成
分が乗り、D相には1パケット分の信号成分+ノイズ成
分が乗ることになる。
In the charge detecting section 15, the reset operation is performed in the same cycle as the transfer cycle of the horizontal transfer section 14, so that the reset operation is also performed between the P phase and the D phase. As a result, a noise component for one packet is on the P phase, and a signal component and a noise component for one packet are on the D phase.

【0034】上述したように、全画素読み出し駆動方式
のCCD撮像素子において、間引き読み出しモード時
に、信号パケットと空パケットの各電荷を組(本例で
は、対)にして水平転送し、この水平転送される電荷を
順に電気信号に変換して空パケットのノイズ成分をP相
に乗せ、信号パケットの信号成分をD相に乗せて出力す
ることにより、画素情報と同一画素列、即ち水平方向の
同アドレスのノイズ情報をその画素情報と組で得ること
ができる。
As described above, in the CCD image pickup device of the all-pixel reading drive system, in the thinning-out reading mode, each charge of the signal packet and the empty packet is transferred as a set (in this example, a pair) and horizontally transferred. The electric charges are sequentially converted into electric signals, and the noise component of the empty packet is put on the P phase, and the signal component of the signal packet is put on the D phase and output. The noise information of the address can be obtained in combination with the pixel information.

【0035】したがって、後段の信号処理系において、
D相の信号成分とP相のノイズ成分との差分をとる処理
を行うことで、信号成分に含まれるノイズ成分をキャン
セルすることができる。ここで、空パケットのノイズ成
分とは、スミアや暗電流等の垂直転送と同方向に乗るノ
イズのことを言う。
Therefore, in the subsequent signal processing system,
By performing the process of calculating the difference between the D-phase signal component and the P-phase noise component, the noise component included in the signal component can be canceled. Here, the noise component of the empty packet refers to noise that is transmitted in the same direction as vertical transfer of smear, dark current, and the like.

【0036】図5は、本発明に係るカメラシステムの構
成の一例を示すブロック図である。本カメラシステム
は、撮像デバイスとしてのCCD撮像素子21と、被写
体(図示せず)からの入射光(像光)を取り込んでCC
D撮像素子21の撮像面上に結像させるレンズ22と、
CCD撮像素子21の出力信号に対して種々の信号処理
を行う信号処理回路23と、撮像モードを設定するモー
ド設定部24と、このモード設定部24で設定された撮
像モードに応じてCCD撮像素子21を駆動するCCD
駆動回路25とを有する構成となっている。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the camera system according to the present invention. This camera system captures incident light (image light) from a subject (not shown) and a CCD image pickup device 21 as an image pickup device.
A lens 22 that forms an image on an imaging surface of the D imaging element 21;
A signal processing circuit 23 for performing various signal processing on an output signal of the CCD image sensor 21; a mode setting unit 24 for setting an imaging mode; and a CCD image sensor according to the imaging mode set by the mode setting unit 24 CCD driving 21
It has a configuration having a drive circuit 25.

【0037】このカメラシステムにおいて、CCD撮像
素子21として、先述した第1実施形態に係るCCD撮
像素子、即ち全画素読み出しモードと間引き読み出しモ
ードとを択一的にとり得る構成のCCD撮像素子が用い
られる。また、モード設定部24では、撮像モードとし
て例えば静止画を取り込む通常撮像モードと、付属の例
えば液晶テレビで撮像画面の確認を行うモニタリングモ
ードが択一的に設定できるようになっている。
In this camera system, as the CCD image pickup device 21, the CCD image pickup device according to the above-described first embodiment, that is, the CCD image pickup device having a configuration capable of selectively performing the all-pixel reading mode and the thinning-out reading mode is used. . Further, the mode setting unit 24 can selectively set, as an imaging mode, a normal imaging mode for capturing a still image, for example, and a monitoring mode for checking an imaging screen on an attached liquid crystal television, for example.

【0038】一方、CCD駆動回路25は、図1におけ
るタイミング発生回路20を有する構成となっており、
モード設定部24で通常撮像モードが設定されたときに
は、全画素読み出し駆動にてCCD撮像素子21を駆動
し、モード設定部24でモニタリングモードが設定され
たときには、フレームレートを上げるべく間引き読み出
し駆動にてCCD撮像素子21を駆動する。全画素読み
出しおよび間引き読み出しの各駆動は、先述した動作手
順にしたがって行われる。
On the other hand, the CCD drive circuit 25 has a configuration having the timing generation circuit 20 in FIG.
When the normal imaging mode is set by the mode setting unit 24, the CCD image sensor 21 is driven by the all-pixel reading drive, and when the monitoring mode is set by the mode setting unit 24, the thinning-out reading drive is performed to increase the frame rate. To drive the CCD imaging device 21. Each drive of all-pixel reading and thinning-out reading is performed according to the above-described operation procedure.

【0039】信号処理回路23には、CCD撮像素子2
1の出力信号に含まれるノイズ成分を除去するCDS(C
orrelated Double Sampling;相関2重サンプリング)回
路が設けられている。このCDS回路の回路構成の一例
を図6に示す。なお、このCDS回路には、図2の信号
出力Voutの波形において、P相のタイミングで発生
するサンプリングパルスφSHPと、D相のタイミング
で発生するサンプリングパルスφSHDとが与えられ
る。
The signal processing circuit 23 includes the CCD image pickup device 2
1 that removes noise components contained in the output signal of the CDS (C
orrelated Double Sampling (correlated double sampling) circuit is provided. FIG. 6 shows an example of the circuit configuration of the CDS circuit. In the waveform of the signal output Vout in FIG. 2, the sampling pulse φSHP generated at the P-phase timing and the sampling pulse φSHD generated at the D-phase timing are applied to the CDS circuit.

【0040】CDS回路30は、図6から明らかなよう
に、CCD撮像素子21の出力(CCD出力)をサンプ
リングパルスφSHPでサンプリングするサンプルホー
ルド(S/H)回路31と、このサンプルホールド回路
31の出力をサンプリングパルスφSHDでサンプリン
グするサンプルホールド回路32と、CCD撮像素子2
1のCCD出力をサンプリングパルスφSHDでサンプ
リングするサンプルホールド回路33と、サンプルホー
ルド回路32,33の各出力を2入力とする差動アンプ
34とから構成されている。
As shown in FIG. 6, the CDS circuit 30 includes a sample / hold (S / H) circuit 31 for sampling the output (CCD output) of the CCD image pickup device 21 with a sampling pulse φSHP. A sample and hold circuit 32 for sampling the output with a sampling pulse φSHD;
It comprises a sample-and-hold circuit 33 for sampling one CCD output with a sampling pulse φSHD, and a differential amplifier 34 having each output of the sample-and-hold circuits 32, 33 as two inputs.

【0041】上記構成のCDS回路30においては、C
CD撮像素子21のCCD出力のP相(プリセット部)
とD相(データ部)をそれぞれ、サンプリングパルスφ
SHP,φSHDに同期してサンプルホールド回路31
〜33でサンプリングし、その差分を差動アンプ34で
とる処理が行われる。ここで、P相を再度サンプリング
パルスφSHDでサンプリングしているのは、D相との
位相を合わせるためである。
In the CDS circuit 30 having the above configuration, C
P phase of CCD output of CD image sensor 21 (preset part)
And the D phase (data section)
Sample and hold circuit 31 in synchronization with SHP and φSHD
33, and the difference is obtained by a differential amplifier 34. Here, the reason why the P phase is sampled again with the sampling pulse φSHD is to match the phase with the D phase.

【0042】このように、信号処理回路23において、
CDS回路30でCCD撮像素子21のCCD出力のP
相とD相の差分をとる処理を行うことにより、図7に示
すように、CCD出力に例えば低周波ノイズが乗ったと
しても、P相を基準に差分をとることによってそのノイ
ズ成分をキャンセルすることができる。
As described above, in the signal processing circuit 23,
In the CDS circuit 30, P of the CCD output of the CCD image sensor 21 is output.
By performing the process of calculating the difference between the phase and the D phase, as shown in FIG. 7, even if, for example, low-frequency noise is added to the CCD output, the noise component is canceled by calculating the difference based on the P phase. be able to.

【0043】また、モニタリングモードの設定時におい
て、CCD撮像素子21に対して間引き読み出し駆動を
行った場合には、先述したように、空パケットのノイズ
成分がP相に乗り、信号パケットの信号成分+ノイズ成
分がD相に乗ったCCD出力が得られることになるた
め、CDS回路30でP相とD相の差分をとることによ
り、ノイズ成分をキャンセルすることができる。これに
より、スミアや暗電流等の垂直転送と同方向に乗るノイ
ズを抑制することができる。
When the thinning-out reading drive is performed on the CCD image pickup device 21 when the monitoring mode is set, as described above, the noise component of the empty packet is in the P phase, and the signal component of the signal packet is Since a CCD output in which the + noise component is on the D phase is obtained, the noise component can be canceled by calculating the difference between the P phase and the D phase in the CDS circuit 30. Thereby, it is possible to suppress noises such as smears and dark currents, which travel in the same direction as the vertical transfer.

【0044】上述したことから明らかなように、モニタ
リングモード設定時にCCD撮像素子21に対して間引
き読み出し駆動を行う構成のカメラシステムにおいて、
当該CCD撮像素子21として、空パケットのノイズ成
分をP相に乗せた信号出力Voutを出力可能なCCD
撮像素子を用いることにより、CDS回路30での相関
2重サンプリング処理によってスミアや暗電流等の垂直
転送と同方向に乗るノイズを抑制することができる。し
かも、このCDS回路30は低周波ノイズをキャンセル
するために一般的に用いられている回路であることか
ら、新たに回路を追加しなくてもノイズを除去できると
いう利点もある。
As is apparent from the above description, in the camera system configured to perform the thinning-out reading drive for the CCD image sensor 21 when the monitoring mode is set,
A CCD capable of outputting a signal output Vout in which a noise component of an empty packet is put on a P phase as the CCD imaging device 21.
By using the imaging device, it is possible to suppress noises such as smears and dark currents in the same direction as vertical transfer due to correlated double sampling processing in the CDS circuit 30. Moreover, since the CDS circuit 30 is a circuit generally used to cancel low-frequency noise, there is an advantage that noise can be removed without adding a new circuit.

【0045】なお、上記第1実施形態では、電荷検出部
15において、CCD出力のP相とD相の間でリセット
動作を行うようにするために、そのリセット動作の周期
を水平転送部14の転送周期と同じに設定する、即ちリ
セットゲートパルスRGφの周波数を水平転送パルスH
φ1,Hφ2の周波数と同じに設定するとしたが、CC
D出力のP相とD相の間でリセット動作を行わないよう
にすることも可能である。
In the first embodiment, in order for the charge detection unit 15 to perform a reset operation between the P-phase and the D-phase of the CCD output, the cycle of the reset operation is determined by the horizontal transfer unit 14. Set the same as the transfer cycle, ie, set the frequency of the reset gate pulse RGφ to the horizontal transfer pulse H
The frequency is set to be the same as φ1 and Hφ2.
It is also possible not to perform the reset operation between the P phase and the D phase of the D output.

【0046】このように、P相とD相の間でリセット動
作を行わないようにすることで、リセットゲートパルス
RGφの周波数を水平転送パルスHφ1,Hφ2の周波
数の1/2に設定できるため、同じ周波数に設定する場
合よりも低消費電力化が図れることになる。なお、この
場合には、P相のノイズ成分がそのままD相に加算さ
れ、D相には(信号成分+ノイズ成分×2)が乗ること
になるため、上記のCDS回路30での処理ではノイズ
成分は完全にキャンセルすることはできない。
As described above, by preventing the reset operation from being performed between the P phase and the D phase, the frequency of the reset gate pulse RGφ can be set to の of the frequency of the horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2. Power consumption can be reduced as compared with the case where the same frequency is set. In this case, the P-phase noise component is added to the D-phase as it is, and the (D-phase) is multiplied by (signal component + noise component × 2). Ingredients cannot be completely canceled.

【0047】すなわち、信号成分に含まれる本来の1パ
ケット分のノイズ量は残ることになるが、それでもS/
Nが2倍悪化した従来技術に比べれば、ノイズ量を1パ
ケット分だけでも低減できるため、S/Nを向上できる
ことになる。ただし、図6のCDS回路30の差動アン
プ34の前段に、P相のノイズ成分のレベルを2倍にす
る回路を設け、D相の(信号成分+ノイズ成分×2)と
P相の(ノイズ成分×2)との差分をとるようにするこ
とにより、信号処理を行う過程でノイズ成分を完全にキ
ャンセルすることは可能である。
That is, although the original noise amount for one packet included in the signal component remains, the S / S
Since the noise amount can be reduced by only one packet as compared with the related art in which N is doubled, the S / N can be improved. However, a circuit for doubling the level of the P-phase noise component is provided at a stage preceding the differential amplifier 34 of the CDS circuit 30 in FIG. 6, and the D-phase (signal component + noise component × 2) and the P-phase ( By taking the difference from (noise component × 2), it is possible to completely cancel the noise component during the signal processing.

【0048】また、上記第1実施形態においては、間引
き読み出し駆動では、各画素からの信号電荷の読み出し
を1画素おきに間引くことにより、空パケットのノイズ
成分と信号パケットの信号成分とを1:1の関係(対)
で水平転送する場合を例にとって説明したが、1画素お
きの間引きに限定されるものではない。
In the first embodiment, in the thinning-out readout driving, by reading out the signal charge from each pixel every other pixel, the noise component of the empty packet and the signal component of the signal packet are reduced by 1: 1 relationship (pair)
Has been described as an example, but the present invention is not limited to thinning every other pixel.

【0049】一例として、図8に示すように、垂直方向
において4画素につき3画素の信号電荷を間引く処理を
行う間引き読み出し駆動の場合にも同様に適用可能であ
る。この間引き読出し駆動の場合を第2実施形態とし
て、以下に説明する。この第2実施形態の場合には、垂
直転送部13において、信号パケット(図中、●)に対
して垂直転送方向前方の2個の空パケット(図中、○)
および後方1個の空パケットを組とする(A)。そし
て、水平ブランキング期間内でラインシフトを4回繰り
返す。これにより、フレームレートを全画素読み出し駆
動時の4倍に向上できる。
As an example, as shown in FIG. 8, the present invention can be similarly applied to the case of the thinning-out reading drive for performing the process of thinning out the signal charges of three pixels for every four pixels in the vertical direction. The case of this thinning-out reading drive will be described below as a second embodiment. In the case of the second embodiment, in the vertical transfer unit 13, two empty packets (図 in the figure) ahead of the signal packet (図 in the figure) with respect to the signal packet (図).
And a set of one rear empty packet as a set (A). Then, the line shift is repeated four times within the horizontal blanking period. As a result, the frame rate can be improved to four times that of the all-pixel read driving.

【0050】一方、水平転送部14としては、第1実施
形態の場合と同様に、例えば水平方向の画素数の2倍の
パケット列(倍密度)からなる構成のものが用いられ
る。この水平転送部14では、水平ブランキング期間に
おいて、2回目と3回目のラインシフトの間で1ビット
シフトが行われる。これにより、パケット対のうち、水
平転送方向前方側のパケットには、垂直転送部13から
最初の2個の空パケットの各電荷が蓄積され、後方側の
パケットには信号パケットおよびその後方の空パケット
の各電荷が蓄積される(B)。
On the other hand, as in the case of the first embodiment, the horizontal transfer section 14 has a configuration having a packet sequence (double density) twice the number of pixels in the horizontal direction, for example. In the horizontal transfer unit 14, one bit shift is performed between the second and third line shifts during the horizontal blanking period. As a result, of the packet pair, the charge of the first two empty packets is accumulated from the vertical transfer unit 13 in the packet on the front side in the horizontal transfer direction, and the signal packet and the empty space behind it are stored in the packet on the rear side. Each charge of the packet is accumulated (B).

【0051】また、電荷検出部15において、リセット
ゲートパルスRGφの周波数は、図9のタイミングチャ
ートに示すように、水平転送パルスHφ1,Hφ2の周
波数の1/2に設定されている。すなわち、電荷検出部
15でのリセット動作は、水平転送部14の転送周期の
2倍の周期で行われる。これにより、図9の信号出力V
outの波形において、P相とD相の間ではリセット動
作が行われないことになる。
In the charge detecting section 15, the frequency of the reset gate pulse RGφ is set to の of the frequency of the horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2, as shown in the timing chart of FIG. That is, the reset operation in the charge detection unit 15 is performed at a cycle twice as long as the transfer cycle of the horizontal transfer unit 14. Thereby, the signal output V in FIG.
In the out waveform, the reset operation is not performed between the P phase and the D phase.

【0052】その結果、4画素につき3画素の信号電荷
を間引く間引き読み出し駆動の場合には、P相には2個
の空パケット分のノイズ成分が乗り、D相には4個の空
パケット分のノイズ成分+信号成分が乗ることになる。
そして、後段のCDS回路30において、D相の(信号
成分+ノイズ成分×4)とP相の(ノイズ成分×2)の
差分をとることにより、垂直転送部13の2パケット分
のノイズをキャンセルできることになる。
As a result, in the case of the thinning-out readout drive for thinning out signal charges of three pixels for every four pixels, the noise component corresponding to two empty packets is applied to the P phase, and the noise component equivalent to four empty packets is applied to the D phase. The noise component + the signal component of the above will ride.
Then, the CDS circuit 30 at the subsequent stage calculates the difference between the (signal component + noise component × 4) of the D phase and the (noise component × 2) of the P phase, thereby canceling the noise of two packets of the vertical transfer unit 13. You can do it.

【0053】ちなみに、従来技術においては、4画素に
つき3画素の信号電荷を間引く間引き読み出し駆動を実
現する場合には、D相の(信号成分+ノイズ成分×4)
の情報がそのまま出力されることになるため、S/Nが
4倍悪化することになる。また、第1実施形態の変形例
の場合と同様に、図6のCDS回路30の差動アンプ3
4の前段に、P相のノイズ成分のレベルを2倍にする回
路を設け、D相の(信号成分+ノイズ成分×4)とP相
の(ノイズ成分×4)との差分をとるようにすることに
より、信号処理を行う過程でノイズ成分を完全にキャン
セルすることは可能である。
By the way, in the prior art, when thinning-out read-out driving for thinning out signal charges of three pixels for every four pixels is realized, the D-phase (signal component + noise component × 4) is used.
Is output as it is, so that the S / N deteriorates four times. Further, similarly to the modification of the first embodiment, the differential amplifier 3 of the CDS circuit 30 in FIG.
A circuit for doubling the level of the P-phase noise component is provided at the stage preceding the phase No. 4 so that the difference between the (signal component + noise component × 4) of the D-phase and the (noise component × 4) of the P-phase is obtained. By doing so, it is possible to completely cancel noise components in the process of performing signal processing.

【0054】また、この第2実施形態では、図9の信号
出力Voutの波形において、P相とD相の間ではリセ
ット動作を行わない場合を例にとって説明したが、第1
実施形態の場合と同様に、リセットゲートパルスRGφ
の周波数を水平転送パルスHφ1,Hφ2の周波数と同
じに設定し、P相とD相の間でリセット動作を行うよう
にすることも可能である。この場合には、CDS回路3
0において、D相の成分からP相の成分をそのまま差し
引くことで、ノイズ成分を完全にキャンセルできること
になる。
In the second embodiment, the case where the reset operation is not performed between the P phase and the D phase in the waveform of the signal output Vout in FIG. 9 has been described as an example.
As in the case of the embodiment, the reset gate pulse RGφ
Can be set to be the same as the frequency of the horizontal transfer pulses Hφ1 and Hφ2, and the reset operation can be performed between the P phase and the D phase. In this case, the CDS circuit 3
At 0, the noise component can be completely canceled by directly subtracting the P-phase component from the D-phase component.

【0055】なお、上記各実施形態では、全画素読出し
駆動方式のCCD撮像素子に適用した場合について説明
したが、これに限られるものではなく、間引き読出し駆
動が可能な構成のものであれば、フレーム読出し駆動方
式等のCCD撮像素子にも同様に適用可能である。
In each of the embodiments described above, the case where the present invention is applied to the CCD image pickup device of the all-pixel read-out drive system has been described. However, the present invention is not limited to this. The present invention can be similarly applied to a CCD image pickup device using a frame readout driving method or the like.

【0056】また、上記各実施形態では、垂直転送部1
3において、信号パケットに隣接して空パケットを配す
るとしたが、P相に乗せるノイズ情報は、取り出す信号
電荷と水平方向のアドレスが同じもの、即ち同一の垂直
画素列のノイズ成分であれば良いため、信号パケットに
隣接して空パケットを配する構成に限られるものではな
く、また垂直方向の位置(アドレス)も限定されない。
すなわち、図10において、任意の出力される画素
(n,m)対して、P相に乗せる空パケットのノイズ成
分のアドレスを(n,X)とすると、水平アドレスnが
一致していれば、垂直アドレスXは同一の垂直画素列内
であれば良い。
In each of the above embodiments, the vertical transfer unit 1
In 3, it is assumed that an empty packet is arranged adjacent to a signal packet. However, the noise information to be put on the P-phase may be a signal having the same horizontal address as the signal charge to be extracted, that is, a noise component of the same vertical pixel column. Therefore, the present invention is not limited to the configuration in which an empty packet is arranged adjacent to a signal packet, and the position (address) in the vertical direction is not limited.
That is, in FIG. 10, if an address of a noise component of an empty packet to be put on the P phase is (n, X) for an arbitrary output pixel (n, m), if the horizontal address n matches, The vertical address X only has to be in the same vertical pixel column.

【0057】一例として、同一の垂直画素列につき空パ
ケットを1個設け、その空パケットのアドレスを(n,
0)とし、その空パケットのノイズ成分をP相に乗せる
ようにする。そして、後段のCDS回路においては、1
ラインごとに画素単位で信号処理を行う際に、最初に入
力されるP相のノイズ成分を保持し、このノイズ成分を
各画素ごとに、D相のノイズ成分を含む信号成分から減
算する構成を採るようにしても、スミアや暗電流等の垂
直転送と同方向に乗るノイズをキャンセルすることがで
きる。
As an example, one empty packet is provided for the same vertical pixel column, and the address of the empty packet is (n,
0), and the noise component of the empty packet is put on the P phase. Then, in the subsequent CDS circuit, 1
When performing signal processing on a line-by-pixel basis for each line, a configuration is employed in which a P-phase noise component that is input first is held and this noise component is subtracted from a signal component including a D-phase noise component for each pixel. Even if it is adopted, it is possible to cancel noises such as smears and dark currents riding in the same direction as vertical transfer.

【0058】また、上記各実施形態では、信号パケット
に隣接して空パケットを配する構成を採った場合におい
て、水平転送部14を倍密度構成とすることにより、ノ
イズ成分と信号成分(ノイズ成分を含む)を対にして水
平転送するとしたが、互いに平行に配置された2本の転
送レジスタで水平転送部14を構成し、この2本の転送
レジスタでノイズ成分と信号成分(ノイズ成分を含む)
を別々に水平転送し、その最終段においてノイズ成分と
信号成分を交互に電荷検出部15に供給する構成を採る
ことも可能である。なお、電荷検出部15では、倍密度
構成の場合と同様の動作が行われることになる。
Further, in each of the above embodiments, when a configuration is adopted in which an empty packet is disposed adjacent to a signal packet, the horizontal transfer unit 14 has a double-density configuration, so that a noise component and a signal component (noise component) are obtained. ), The horizontal transfer unit 14 is composed of two transfer registers arranged in parallel with each other, and the two transfer registers constitute a noise component and a signal component (including a noise component). )
Can be separately transferred horizontally, and a noise component and a signal component are alternately supplied to the charge detection unit 15 in the final stage. The same operation as in the case of the double density configuration is performed in the charge detection unit 15.

【0059】[0059]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
1垂直画素列の画素の各々に対応する信号パケットと1
垂直画素列につき少なくとも1個の空パケットを持つパ
ケット列からなり、各画素から読み出される信号電荷を
垂直方向に転送する垂直転送部を有する固体撮像素子に
おいて、空パケットの成分をプリセット相に乗せて出力
するようにしたことにより、後段の信号処理系におい
て、固体撮像素子の出力信号のデータ相の成分とプリセ
ット相の成分との差分をとることによって、スミアや暗
電流等の垂直転送と同方向に乗るノイズ成分を抑制する
ことができるため、信号処理系に特別な回路を追加しな
くても、S/Nを向上できることになる。
As described above, according to the present invention,
A signal packet corresponding to each of the pixels in one vertical pixel column and 1
In a solid-state imaging device comprising a packet sequence having at least one empty packet per vertical pixel array, and having a vertical transfer unit for vertically transferring signal charges read from each pixel, the components of the empty packet are added to a preset phase. By outputting the difference, the difference between the data phase component and the preset phase component of the output signal of the solid-state imaging device is obtained in the subsequent signal processing system, so that the same direction as the vertical transfer of smear and dark current is obtained. Therefore, the S / N can be improved without adding a special circuit to the signal processing system.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る固体撮像素子を示
す概略構成図である。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】第1実施形態の動作説明のためのタイミングチ
ャートである。
FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the first embodiment.

【図3】全画素読出しモードの動作説明のための模式図
である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining an operation in an all-pixel reading mode.

【図4】間引き読出しモードの動作説明のための模式図
である。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an operation in a thinning-out reading mode.

【図5】本発明に係るカメラシステムの構成の一例を示
すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing an example of a configuration of a camera system according to the present invention.

【図6】CDS回路の回路構成の一例を示すブロック図
である。
FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a circuit configuration of a CDS circuit.

【図7】CDS回路の基本原理を説明するための波形図
である。
FIG. 7 is a waveform chart for explaining the basic principle of the CDS circuit.

【図8】本発明の第2実施形態に係る固体撮像素子の概
念を説明するための模式図である。
FIG. 8 is a schematic diagram for explaining the concept of a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention.

【図9】第2実施形態の動作説明のためのタイミングチ
ャートである。
FIG. 9 is a timing chart for explaining the operation of the second embodiment.

【図10】P相に乗せる空パケットのアドレスの説明図
である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of addresses of empty packets to be put on the P phase.

【図11】従来技術の課題を説明するための模式図であ
り、(A)は全画素読出し駆動の場合を、(B)は間引
き読出し駆動の場合をそれぞれ示している。
FIGS. 11A and 11B are schematic diagrams for explaining the problem of the prior art, in which FIG. 11A shows the case of all-pixel read driving, and FIG. 11B shows the case of thinning-out read driving.

【符号の説明】 12…受光素子、13…垂直転送部、14…水平転送
部、15…電荷検出部、20…タイミング発生回路、2
1…CCD撮像素子、23…信号処理回路、24…モー
ド設定部、30…CDS(相関2重サンプリング)回路
[Description of Signs] 12 ... light receiving element, 13 ... vertical transfer section, 14 ... horizontal transfer section, 15 ... charge detection section, 20 ... timing generation circuit, 2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... CCD imaging device, 23 ... Signal processing circuit, 24 ... Mode setting part, 30 ... CDS (correlation double sampling) circuit

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 マトリクス状に配置された複数個の画素
と、 1垂直画素列の画素の各々に対応する信号パケットと1
垂直画素列につき少なくとも1個の空パケットを持つパ
ケット列からなり、前記複数個の画素から読み出される
信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直転送部と、 前記複数本の垂直転送部から供給される前記信号パケッ
トと前記空パケットの各電荷を混合することなく水平方
向に転送する水平転送部と、 前記水平転送部から転送される電荷を順に電気信号に変
換し、前記空パケットの成分をプリセット相に乗せ、前
記信号パケットの成分をデータ相に乗せて出力する電荷
検出部とを備えたことを特徴とする固体撮像素子。
1. A plurality of pixels arranged in a matrix, a signal packet corresponding to each of pixels in one vertical pixel column, and one
A plurality of vertical transfer units, each of which includes a packet sequence having at least one empty packet per vertical pixel column, and which vertically transfers signal charges read from the plurality of pixels; A horizontal transfer unit that transfers the charges of the signal packet and the empty packet in the horizontal direction without mixing, and sequentially converts the charges transferred from the horizontal transfer unit into an electric signal, and converts the components of the empty packet. A solid state imaging device comprising: a charge detection unit that outputs a component of the signal packet on a data phase and outputs the signal packet on a preset phase.
【請求項2】 前記複数本の垂直転送部は、1垂直画素
列の画素の各々に対応する信号パケットごとに少なくと
も1個の空パケットを有し、 前記水平転送部は、前記複数本の垂直転送部から供給さ
れる前記信号パケットと前記空パケットの各電荷を組に
して水平方向に転送することを特徴とする請求項1記載
の固体撮像素子。
2. The plurality of vertical transfer units have at least one empty packet for each signal packet corresponding to each pixel of one vertical pixel column, and the horizontal transfer unit includes the plurality of vertical transfer units. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the charge of the signal packet and the charge of the empty packet supplied from a transfer unit are paired and transferred in the horizontal direction.
【請求項3】 前記水平転送部は、水平方向の画素数の
2倍の数のパケットの配列からなることを特徴とする請
求項2記載の固体撮像素子。
3. The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the horizontal transfer unit includes an array of packets twice as many as the number of pixels in the horizontal direction.
【請求項4】 前記電荷検出部は、前記水平転送部の転
送周期と同周期でリセット動作を行うことを特徴とする
請求項3記載の固体撮像素子。
4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the charge detection unit performs a reset operation in the same cycle as a transfer cycle of the horizontal transfer unit.
【請求項5】 前記電荷検出部は、前記水平転送部の転
送周期の2倍の周期でリセット動作を行うことを特徴と
する請求項3記載の固体撮像素子。
5. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the charge detection unit performs a reset operation at a cycle twice as long as a transfer cycle of the horizontal transfer unit.
【請求項6】 マトリクス状に配置された複数個の画素
と、1垂直画素列の画素の各々に対応する信号パケット
と1垂直画素列につき少なくとも1個の空パケットを持
つパケット列からなり、前記複数個の画素から読み出さ
れる信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直転送部
とを具備する固体撮像素子において、 前記複数本の垂直転送部から供給される前記信号パケッ
トと前記空パケットの各電荷を混合することなく水平方
向に転送し、 この水平転送される電荷を順に電気信号に変換し、前記
空パケットの成分をプリセット相に乗せ、前記信号パケ
ットの成分をデータ相に乗せて出力することを特徴とす
る固体撮像素子の駆動方法。
6. A packet sequence comprising a plurality of pixels arranged in a matrix, a signal packet corresponding to each pixel in one vertical pixel column, and a packet sequence having at least one empty packet per vertical pixel column. In a solid-state imaging device comprising: a plurality of vertical transfer units for vertically transferring signal charges read from a plurality of pixels, wherein each of the signal packet and the empty packet supplied from the plurality of vertical transfer units The charges are transferred in the horizontal direction without mixing, the charges transferred in the horizontal direction are sequentially converted into electric signals, the components of the empty packets are put on a preset phase, and the components of the signal packets are put on a data phase and output. A method for driving a solid-state imaging device, comprising:
【請求項7】 マトリクス状に配置された複数個の画素
と、1垂直画素列の画素の各々に対応する信号パケット
と1垂直画素列につき少なくとも1個の空パケットを持
つパケット列からなり、前記複数個の画素から読み出さ
れる信号電荷を垂直方向に転送する複数本の垂直転送部
と、前記複数本の垂直転送部から供給される前記信号パ
ケットと前記空パケットの各電荷を混合することなく水
平方向に転送する水平転送部と、前記水平転送部から転
送される電荷を順に電気信号に変換し、前記空パケット
の成分をプリセット相に乗せ、前記信号パケットの成分
をデータ相に乗せて出力する電荷検出部とを具備する固
体撮像素子と、 前記固体撮像素子に対してその撮像モードとして通常撮
像モードとモニタリングモードとを択一的に設定するモ
ード設定部と、 前記固体撮像素子の出力信号を入力とし、この出力信号
中のプリセット相の成分とデータ相の成分との差分をと
る処理を行う信号処理回路とを備えたことを特徴とする
カメラシステム。
7. A packet sequence comprising a plurality of pixels arranged in a matrix, a signal packet corresponding to each pixel in one vertical pixel column, and a packet sequence having at least one empty packet per vertical pixel column. A plurality of vertical transfer units for transferring signal charges read from a plurality of pixels in the vertical direction; and a horizontal transfer without mixing the charges of the signal packets and the empty packets supplied from the plurality of vertical transfer units. A horizontal transfer unit for transferring in the direction, and the charges transferred from the horizontal transfer unit are sequentially converted into an electric signal, the components of the empty packet are put on a preset phase, and the components of the signal packet are put on a data phase and output. A solid-state imaging device including a charge detection unit; and a mode for selectively setting a normal imaging mode or a monitoring mode as an imaging mode for the solid-state imaging device. A camera, comprising: a setting unit; and a signal processing circuit which receives an output signal of the solid-state imaging device as input, and performs a process of calculating a difference between a preset phase component and a data phase component in the output signal. system.
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