JP4286091B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば電子カメラ等に適用される固体撮像装置に係り、特に複数種類の信号を用途に応じて同時に読み出すことが可能な固体撮像装置に関する。

近年、デジタルスチルカメラは高画素化が進み、搭載される撮像素子は数百万画素を有するものが多くなっており、この画素数の増加に伴い1フレームの信号を読み出す時間が長くなっている。このような高画素の撮像素子を用いた場合、動画記録やビューファインダー表示する動画撮像を行おうとすると、単位時間（秒）あたりのコマ数が少なく、動画の画質としては耐えられないものとなる。これを改善するために、撮像素子のからの信号読み出し動作を間引いて行うことにより、1フレームあたりの画素数を減らし、秒あたりのコマ数を増やすことにより動画の画質を向上させることが行われている。

そして、動画撮像時のＡＦ方法としては、撮像素子を用いた山登り方式が一般的に使用されている。同方式では、合焦の判断を撮像信号の高周波成分を利用して行う。従って、撮像信号を間引いて動画撮像を行うとＡＦ精度が低下するといった問題が生じる。

ここで、ＡＦの精度を向上させる技術としては、例えば特許文献１に、２次元に配列された画素部のうち一部をＡＦ用の信号を出力するように構成し、ＡＦに適した信号を得ることにより精度を向上させるＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に関する技術が開示されている。この技術は、光学系により結像された光学像を電気信号に変換する光電変換セルが２次元に配列された固体撮像装置であって、光電変換セル群のうちの一部が、画像信号を形成するため以外の信号、即ち測距のための信号を出力するように構成されている。
特開２０００−１５６８２３号公報

しかしながら、特許文献１に係る技術では、ＡＦの精度は向上するものの画素部の一部に画像形成用の画素とは異なるＡＦ用画素を配置するため、画像形成においてはＡＦ用画素の信号を補間するなどの処理が必要となり、画像処理部の負荷が大きくなってしまう。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、簡易な構成を維持しつつ、フレームレートを向上させた高速読み出し、低消費電力化を実現し、更には用途に応じた複数種類の信号を１のフレームで同時に読み出すことが可能な固体撮像装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様では、２次元に配列された複数の画素からなる光電変換部と、上記光電変換部の読み出し対象となる画素行を選択する垂直走査回路と、上記各画素の出力信号線に接続され、転送信号により駆動制御される転送スイッチと、この転送スイッチを介して画素から転送される画素信号を記憶するラインメモリと、水平選択信号を出力する水平走査回路と、この水平選択信号により駆動制御される水平選択スイッチと、この水平選択スイッチを介して画素信号を読み出す複数の出力チャンネルと、を具備し、上記垂直走査回路及び水平走査回路の制御により、１のフレームで画素の中央部連続信号の読み出しと画素の全領域間引き信号の読み出しとを同時に行うことを特徴とする固体撮像装置が提供される。この態様によれば、簡易な構成を維持しつつ、フレームレートを向上させた高速読み出し、低消費電力化を実現し、更には用途に応じた複数種類の信号を１のフレームで同時に読み出すことが可能である。

本発明の第２の態様では、上記第１の態様において、上記中央部連続信号の読み出しにおいて選択される画素行と全領域間引き信号の読み出しにおいて選択される画素行とは共通しており、更に選択された各画素行について、中央部連続信号としては中央部の画素信号を読み出し、全領域間引き信号としては所定画素づつ間引いた画素信号を読み出すことを更に特徴とする固体撮像装置が提供される。この態様によれば、用途に応じた複数種類の信号を１のフレームで同時に読み出すことが可能である。

本発明の第３の態様では、上記第１の態様において、上記中央部連続信号の読み出しにおいて選択される画素行と全領域間引き信号の読み出しにおいて選択される画素行とは異なり、中央部連続信号の読み出しと全領域間引き読み出しとで転送スイッチが導通するタイミングをずらすことで、出力信号線での画素信号の混合を防止することを更に特徴とする固体撮像装置が提供される。この態様によれば、出力信号線での画素信号の混合を防止することができる。

本発明の第４の態様では、２次元に配列された複数の画素からなる光電変換部と、上記光電変換部の読み出し対象となる画素行を選択する垂直走査回路と、上記各画素の出力信号線の一端、他端にそれぞれ接続され、第１、第２の転送信号によりそれぞれ駆動制御される第１、第２の転送スイッチと、上記第１、第２の転送スイッチを介して画素から転送される画素信号をそれぞれ記憶する第１、第２のラインメモリと、第１、第２の水平選択信号をそれぞれ出力する第１、第２の水平走査回路と、上記第１、第２の水平選択信号によりそれぞれ駆動制御される第１、第２の水平選択スイッチと、上記第１、第２の水平選択スイッチを介して画素信号を読み出す第１、第２の出力チャンネルと、を具備し、上記第１の水平選択信号により第１の水平選択スイッチを駆動制御することによる画素の中央部連続信号の読み出しと上記第２の水平選択信号により第２の水平選択スイッチを駆動制御することによる画素の全領域間引き信号の読み出しとを、１のフレームにおいて同時に行うことを特徴とする固体撮像装置が提供される。この態様によれば、簡易な構成を維持しつつ、フレームレートを向上させた高速読み出し、低消費電力化を実現し、更には用途に応じた複数種類の信号を１のフレームで同時に読み出すことが可能である。

本発明の第５の態様では、上記第４の態様において、上記中央部連続信号の読み出しにおいて選択される画素行と全領域間引き信号の読み出しにおいて選択される画素行とは共通しており、更に選択された各画素行について、中央部連続信号としては中央部の画素信号を読み出し、全領域間引き信号としては所定画素づつ間引いた画素信号を読み出すことを更に特徴とする固体撮像装置が提供される。この態様によれば、用途に応じた複数種類の信号を１のフレームで複数の出力チャンネルより同時に読み出すことが可能である。

本発明の第６の態様では、上記第４の態様において、上記中央部連続信号の読み出しにおいて選択される画素行と全領域間引き信号の読み出しにおいて選択される画素行とは異なり、中央部連続信号の読み出しと全領域間引き読み出しとで第１、第２の転送スイッチが導通するタイミングをずらすことで読み出しのタイミングを異ならせ、出力信号線での画素信号の混合を防止することを更に特徴とする固体撮像装置が提供される。この態様によれば、出力信号線での画素信号の混合を防止することができる。

本発明によれば、簡易な構成を維持しつつ、フレームレートを向上させた高速読み出しや低消費電力化を実現し、更には用途に応じた複数種類の信号を１のフレームで同時に読み出すことが可能な固体撮像装置を提供することができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、用途に応じた複数種類の信号を同時に読み出すものである。例えば、電子カメラ等に適用される場合には、例えばファインダモード時の画像表示の為の画素全体の間引き読み出しと、ＡＦ等の演算処理のための画素中央部の連続読み出しを１のフレームで同時に行うことを特徴とするものである。

先ず、図１には本発明の第１乃至第４の実施の形態に共通する固体撮像装置の構成を示し詳細に説明する。但し、第３，４実施の形態では、詳細は後述するが、垂直走査回路３０として、図１０に示されるような構成を採用することになる。

図１において、符号Ｐ１１〜Ｐｍｎ（ｍ，ｎは自然数）は、２次元状に行列配置（マトリクス配置）されたｍ×ｎ個の画素を示している。

固体撮像素子（光電変換部）１は、これら複数画素Ｐ１１〜Ｐｍｎからなる。

垂直走査回路３０は、ライン４０−１〜４０−ｎを順次走査するものであり、各ライン４０−１〜４０−ｎに対応した複数のユニット３０−１〜３０−ｎで構成されている。

水平走査回路１０，２０は、各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎから出力信号線５０−１〜５０−ｍに導出された電気信号を画素毎に水平方向に順次読み出すためのものである。

この水平走査回路１０，２０は、各出力信号線５０−１〜５０−ｍに対応した複数のユニット１０−１〜１０−ｍ，２０−１〜２０−ｍからなる。

尚、各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎには、ライン４０−１〜４０−ｎ、出力信号線５０−１〜５０−ｍ以外の他のラインも接続されているが、ここでは図示を省略する。

そして、この出力信号線５０−１〜５０−ｍの水平走査回路１０側の一端には、トランジスタ１３−１〜１３−ｍ、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍ、トランジスタ１１−１〜１１−ｍが、それぞれ図示の如く１組ずつ配設されている。

一方、この出力信号線５０−１〜５０−ｍの水平走査回路２０側の他端には、トランジスタ２３−１〜２３−ｍ、ラインメモリ２２−１〜２２−ｍ、トランジスタ２１−２〜２１−ｍが、それぞれ図示の如く１組ずつ配設されている。

トランジスタ１３−１〜１３−ｍ，２３−１〜２３−ｍは、垂直走査回路３０により選択された画素行の信号をラインメモリ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍに転送するための転送スイッチとしての役割を担うものであり、制御用のクロックＣＫＴ１，ＣＫＴ２によりオン／オフ制御されるように構成されている（以下、このトランジスタ１３−１〜１３−ｍ，２３−１〜２３−ｍを「転送スイッチ」と称する）。

さらに、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍは、転送スイッチ１３−１〜１３−ｍ，２３−１〜２３−ｍを介して画素Ｐ１１〜Ｐｍｎから転送される画素信号を一時的に記憶するための容量素子からなる。トランジスタ１１−１〜１１−ｍ，２１−１〜２１−ｍは、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍに記憶された画素信号を選択するための水平選択スイッチとしての役割を担うものである。

トランジスタ１１−１〜１１−ｍ，２１−１〜２１−ｍは、水平走査回路１０，２０の出力信号によりオン／オフ制御されるように構成されている（以下では、このトランジスタ１１−１〜１１−ｍ，２１−１〜２１−ｍを「水平選択スイッチ」と称する）。

この他、水平選択スイッチ１１−１〜１１−ｍを介して画素信号を読み出すための出力チャンネルＣＨ１と、水平選択スイッチ２１−１〜２１−ｍを介して画素信号を読み出すための出力チャンネルＣＨ２とを備えている。

尚、請求項記載の転送信号とはクロックＣＫＴ１，ＣＫＴ２に相当し、転送スイッチとは転送スイッチ１３−１〜１３−ｍ，２３−１〜２３−ｍ等に相当し、ラインメモリとはラインメモリ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍ等に相当し、水平走査回路とは水平走査回路１０，２０等に相当し、複数の出力チャンネルとはＣＨ１，ＣＨ２等に相当する。また、請求項に記載の第１、第２の転送信号とはクロックＣＫＴ１，ＣＫＴ２に相当し、第１、第２の転送スイッチとは転送スイッチ１３−１〜１３−ｍ，２３−１〜２３−ｍ等に相当し、第１、第２のラインメモリとはラインメモリ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍ等に相当し、第１、第２の水平走査回路とは水平走査回路１０，２０等に相当し、第１、第２の出力チャンネルとはＣＨ１，ＣＨ２等に相当する。

ここで、図２には各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎの構成例を示し、図３には各信号の状態に係るタイミングチャートを示し、その構成及び作用について更に詳細に説明する。

先ず、図２に示されるように、各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎは、フォトダイオード（以下、ＰＤと称する）６０と、当該ＰＤ６０をリセットするためのトランジスタＴｒ１と、ＰＤ６０の信号を増幅するトランジスタＴｒ２と、この増幅した信号を垂直信号線に読み出すためのトランジスタＴｒ３が、図示のように接続されて構成されている。電流源６１は、各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎの列毎に設けられており、当該電流源６１とトランジスタＴｒ２でフォロアアンプを構成している。その他、ＶDDは電源である。尚、画素Ｐ１１〜Ｐｍｎとしては、この他、種々のタイプを採用することができることは勿論である。

このような構成において、図３のタイミングチャートに示されるように、垂直同期信号ＶDの立ち下がりに同期して、画素選択信号Ｖs1が“Ｈ”レベルになると、選択用のトランジスタＴｒ３がオンされる。次いで、この画素選択信号Ｖs1の立ち下がりに同期して画素リセット信号Ｖr1が“Ｈ”レベルになると、リセット用のトランジスタＴｒ１がオンされ、ＰＤ６０の電荷がリセットされる。すなわち、ノードＮの電位はＰＤ６０の電位になるが、リセットが入るとＰＤ６０は電源レベルにリセットされる。その後、ＰＤ６０に光が入射すると発生した電荷で放電され、そのレベルは徐々に下がる。そして、次のフレームで画素選択信号Ｖs1が“Ｈ”レベルとなると、ＰＤ６０の電位は垂直信号線に読み出される。なお、次のフレームで画素選択信号が“Ｈ”レベルとなる前に再度画素リセット信号Ｖr1を“Ｈ”レベルにすると、電荷がリセットされ、当該タイミングから再び蓄積動作、即ちシャッタ動作がなされることになる。この場合の信号変化を図３では破線で示している。

そして、本発明の第１乃至第４の実施の形態では、上記構成、作用により全画素画素Ｐ１１〜Ｐｍｎを順次に読み出すこともでき、間引いて読み出すこともできる。

以下、図４のタイミングチャートを参照して、上記構成である第１乃至第４の実施の形態に係る固体撮像装置の全画素Ｐ１１〜Ｐｍｎの順次読み出しについて説明する。

先ず、動作説明に先立ち、図４で用いる各符号の意味内容を定義する。図４中、ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号をそれぞれ意味している。ＣＫＴ１は転送スイッチ１２−１〜１２−ｍのオン／オフを制御する転送信号を意味している。ＣＫＴ２は、転送スイッチ２２−１〜２２−ｍのオン／オフを制御する転送信号を意味している。

Ｖ１〜Ｖｎは、垂直走査回路３０より出力される行選択信号を意味している。Ｈ１−１〜Ｈ１−ｍは、水平走査回路１０の各ユニット１０−１〜１０−ｍから出力され、水平選択スイッチ１１−１〜１１−ｍを制御する水平選択信号を意味している。Ｈ２−１〜Ｈ２−ｍは、水平走査回路２０の各ユニット２０−１〜２０−ｍから出力され、水平選択スイッチ２１−１〜２１−ｍを制御する水平選択信号を意味している。以上の他、ＣＨ１，ＣＨ２は、各出力チャンネルから出力される画素信号を併せて意味する。

さて、水平ブランキング期間Ｔ１内に行選択信号Ｖ１が“Ｈ”レベルとなると、１行目の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１が選択される。この間、転送信号ＣＫＴ１及びＣＫＴ２が“Ｈ”レベルである。この為、１行目の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の画素信号は、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍに記憶されることになる。この後、水平有効期間Ｔ２内に水平走査回路１０，２０を動作させる。水平走査回路１０では、奇数番目の水平走査回路ユニット１０−１，１０−３，…，１０−（ｍ−１）のみから順に水平選択信号Ｈ１−１，Ｈ１−３，・・・，Ｈ１−（ｍ−１）が出力され、当該出力に同期して、奇数番目のラインメモリ１２−１，１２−３，・・・，１２−（ｍ−１）に記憶された画素Ｐ１１，Ｐ３１，…，Ｐ（ｍ−１）１の画素信号が順次出力チャンネルＣＨ１より出力される。水平走査回路２０では偶数番目の水平走査回路ユニット２０−２，２０−４，・・・，２０−ｍのみから順に水平選択信号Ｈ２−２，Ｈ２−４，・・・，Ｈ２−ｍが出力され、当該出力に同期して偶数番目のラインメモリ２２−２，２２−４，・・・，２２−ｍに記憶された画素Ｐ２１，Ｐ４１，・・・，Ｐｍ１の画素信号が順次出力チャンネルＣＨ２より出力される。

続いて、次の水平ブランキング期間Ｔ３内に行選択信号Ｖ２が“Ｈ”レベルとなると２行目の画素Ｐ１２〜Ｐｍ２が選択されることになる。この間、転送信号ＣＫＴ１及びＣＫＴ２が“Ｈ”レベルである。従って、選択された画素Ｐ１２〜Ｐｍ２の画素信号は、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍに記憶されることになる。その後、水平有効期間Ｔ４内に水平走査回路１０，２０を動作させる。水平走査回路１０では、奇数番目の水平走査回路ユニット１０−１，１０−３，・・・，１０−（ｍ−１）のみから順に水平選択信号Ｈ１−１，Ｈ１−３，Ｈ１−（ｍ−１）が出力され、当該出力に同期して、奇数番目のラインメモリ１２−１，１２−３，・・・，１２−（ｍ−１）に記憶された画素Ｐ１２，Ｐ３２，・・・，Ｐ（ｍ−１）２の画素信号が順次出力チャンネルＣＨ１より出力される。また、水平走査回路２０では、偶数番目の水平走査回路ユニット２０−２，２０−４，・・・，２０−ｍのみから順に水平選択信号Ｈ２−２，Ｈ２−４，・・・，Ｈ２−ｍが出力され、当該出力に同期して偶数番目のラインメモリ２２−２，２２−４，・・・，２２−ｍに記憶された画素Ｐ２２，Ｐ４２…Ｐｍ２の画素信号が順次出力チャンネル２より出力されることになる。

これ以降、前述したのと同様に、水平ブランキング期間中に３行目からｎ行目までの画素が選択され、水平有効期間中に、その画素信号の内の奇数列画素信号が出力チャンネルＣＨ１より出力され、偶数列画素信号が出力チャンネルＣＨ２より出力される。尚、前述した水平走査回路２０の動作タイミングは、水平走査回路１０の動作タイミングに対して位相が１８０度ずれている。従って、出力チャンネルＣＨ１とＣＨ２とから出力された画素信号を後に混合する際に、処理を確実に行うことができる。

なお、ここでは、出力チャンネルＣＨ１とＣＨ２の両方を用いて全画素信号を出力する場合を示したが、どちらか一方のみで全画素信号を読み出すことも可能である。

以下、前述したような固体撮像装置の構成及び作用を前提として、第１乃至第４の実施の形態の特徴的な動作について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
以下、図５乃至図７を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置について詳細に説明する。尚、図５は全領域間引き信号の読み出しパターン例を示しており、図６は中央部連続信号の読み出しパターン例を示しており、図７はこれら信号を１フレームで同時に読み出すタイミングを説明するためのタイミングチャートである。

この第１の実施の形態に係る固体撮像装置では、図５，６に示されるような中央部連続信号の読み出しと全領域間引き信号の読み出しを同時に行う。そのとき中央部連続信号の読み出しにおいて選択される行と全領域間引き信号の読み出しにおいて選択される行とは共通している（この例では１，４，７行目を順番に選択する）。更に各行について、中央部連続信号としては中央部の画素（この例では７〜１２列）のみの信号が読み出され、全領域間引き信号としては２画素づつ間引いた画素（この例では１，４，７，１０，１３，１６列）の信号が、それぞれ読み出される。

以下、図７のタイミングチャートを参照して、第１の実施の形態に係る固体撮像装置による特徴的な読み出し動作について更に詳細に説明する。

先ず、動作説明に先立ち、図７で用いる各符号の意味内容を定義する。

図７中、ＶＤは垂直同期信号を意味している。ＨＤは水平同期信号を意味している。ＣＫＴ１，２は転送スイッチ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍのオン／オフを制御する転送信号を意味している。Ｖ１〜Ｖｎ（ここではｎ＝９）は、垂直走査回路３０より出力される行選択信号を意味している。以上の他、ＣＨ１，ＣＨ２は、各出力チャンネルから出力される画素信号を併せて意味する。

さて、動作を開始すると、垂直走査回路３０は、各ユニット３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの配列方向に沿って先ず１行目について走査を行う。即ち、水平ブランキング期間（水平同期信号ＨＤが“Ｌ”レベルの期間）内で垂直走査回路３０より出力される行選択信号Ｖ１が“Ｈ”レベルとなると、１行目の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１が選択される。

この間、転送スイッチ１３−１〜１３−ｍ、２３−１〜２３−ｍに入力されるクロックＣＫＴ１，ＣＫＴ２が“Ｈ”レベルである為、選択された画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の画素信号は、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍ及び２２−１〜２２−ｍに記憶される。

その後、水平有効期間（水平同期信号ＨＤが“Ｈ”レベルの期間）内で水平走査回路１０の各ユニットのうち１０−１，１０−４，１０−７，１０−１０，１０−１３，１０−１６より水平選択信号を出力し、１行目の画素Ｐ１１〜ｍ１のうち選択された１，４，７，１０，１３，１６列目の画素の画素信号が、水平選択スイッチ１１−１，１１−４，１１−７，１１−１０，１１−１３，１１−１６を介して出力チャンネルＣＨ１より出力される。これと同時に、水平有効期間（水平同期信号ＨＤが“Ｈ”レベルの期間）内で水平走査回路２０の各ユニットのうち２０−７〜２０−１２より水平選択信号を出力し、１行目の画素Ｐ１１〜ｍ１のうち選択された７〜１２列目の画素の画素信号が、水平選択スイッチ２１−７〜２１−１２を介して出力チャンネルＣＨ２より出力される。

これ以降、同様に水平ブランキング期間中に４行目、7行目の画素が順次に選択され、水平有効期間中に行毎の選択された列（１，４，７，１０，１３，１６列、及び７〜１２列）の画素信号が出力されることで、図５，６に示されるような読み出しが同時になされることになる。

以上説明した第１の実施の形態によれば、高画素の場合には画素信号を一度に出力するとフレームレートに問題が生じるが、全領域の間引き信号の読み出し（例えば表示用）と中央部連続信号の読み出し（例えばＡＦ用）とを、１のフレームで異なる出力チャンネルから同時に読み出すことにより、用途に応じた出力を簡易に得られる。

（第２の実施の形態）
以下、図８及び９を参照して、本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置について詳細に説明する。尚、図８は中央部連続信号の読み出しパターン例を示しており、図９は図５，８に示した信号を１フレームで同時に読み出すタイミングを詳細に説明するためのタイミングチャートである。以下では、図５を適宜参照する。

この第２の実施の形態に係る固体撮像装置では、図８に示されるような中央部連続信号の読み出しと全領域間引き信号の読み出しとを、１のフレームで同時に行うことを特徴としている。そのとき、中央部連続信号の読み出しにおいては垂直方向に間引かずに中央部（９，１０列）を読み出す。

以下、図９のタイミングチャートを参照して、第２の実施の形態に係る固体撮像装置による特徴的な読み出し動作について更に詳細に説明する。

先ず、動作説明に先立ち、図９で用いる各符号の意味内容を定義する。

図９中、ＶＤは垂直同期信号を意味している。ＨＤ１は全領域間引き信号に対する水平同期信号を、ＨＤ２は中央部連続信号に対する水平同期信号を意味している。そして、ＣＫＴ１，２は転送スイッチ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍのオン／オフを制御する転送信号を意味している。Ｖ１〜Ｖｎ（ここではｎ＝９）は、垂直走査回路３０より出力される行選択信号を意味している。以上の他、ＣＨ１，ＣＨ２は、各出力チャンネルから出力される画素信号を併せて意味する。

さて、動作を開始すると、垂直走査回路３０は、各ユニット３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの配列方向に沿って先ず１行目について走査を行う。即ち、期間Ｔ１内で垂直走査回路３０より出力される行選択信号Ｖ１が“Ｈ”レベルとなると、１行目の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１が選択される。

この間、転送スイッチ１３−１〜１３−ｍ、２３−１〜２３−ｍに入力されるクロックＣＫＴ１，ＣＫＴ２が“Ｈ”レベルである為、選択された画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の画素信号は、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍ及び２２−１〜２２−ｍに記憶される。

その後、全領域間引き信号における水平有効期間（ＨＤ１が“Ｈ”レベル期間）内で水平走査回路１０の各ユニットのうち１０−１，１０−４，１０−７，１０−１０，１０−１３，１０−１６より水平選択信号を出力し、１行目の画素Ｐ１１〜ｍ１のうち選択された１，４，７，１０，１３，１６列目の画素の画素信号が、水平選択スイッチ１１−１，１１−４，１１−７，１１−１０，１１−１３，１１−１６を介して出力チャンネルＣＨ１より出力される。一方、水平走査回路２０においては各ユニットのうち２０−９，２０−１０より水平選択信号を出力し、１行目の画素Ｐ１１〜ｍ１のうち選択された９，１０列目の画素の画素信号が、水平選択スイッチ２１−９，２１−１０を介して出力チャンネルＣＨ２より出力される。

次に、垂直走査回路３０は、各ユニット３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの配列方向に沿って２行目について走査を行う。即ち、期間Ｔ２内で垂直走査回路３０より出力される行選択信号Ｖ２が“Ｈ”レベルとなると、２行目の画素Ｐ１２〜Ｐｍ２が選択される。

この間、転送スイッチ１３−１〜１３−ｍ、２３−１〜２３−ｍに入力されるクロックＣＫＴ１が“Ｌ”レベル，ＣＫＴ２が“Ｈ”レベルである為、選択された画素Ｐ１２〜Ｐｍ２の画素信号は、ラインメモリ２２−１〜２２−ｍにのみ記憶される。その後、水平走査回路２０の各ユニットのうち２０−９，２０−１０より水平選択信号を出力し、２行目の画素Ｐ１２〜ｍ２のうち選択された９，１０列目の画素の画素信号が水平選択スイッチ２１−９〜２１−１０を介して出力チャンネルＣＨ２より出力される。

３行目については、２行目と同様、出力チャンネルＣＨ２からのみ９，１０行目の画素信号が読み出される。４行目以降については、１〜３行目と同様の動作が繰り返されるので、４，７行目については、出力チャンネルＣＨ１から１，４，７，１０，１３，１６列目の画素信号が読み出され、出力チャンネルＣＨ２からは、９，１０列目の画素信号が読み出される。５，６，８，９行目については、出力チャンネルＣＨ２からのみ９，１０列目の画素信号が読み出され、図５，８に示されるような読み出しが１のフレームで同時になされる。

以上説明した第２の実施の形態によれば、水平方向も垂直方向もある程度の解像度とすることができることになる。さらに、高画素の場合には、画素信号を一度に出力するとフレームレートに問題が生じるが、本実施の形態によれば、全領域の間引き信号の読み出し（例えば表示用）と、中央部連続信号の読み出し（例えばＡＦ用）を、１のフレームで異なる出力チャンネルから同時に読み出すことにより、用途に応じた出力を簡易に得られる。

（第３の実施の形態）
以下、図１０乃至１２を参照して、本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置について詳細に説明する。尚、図１０は第３の実施の形態に係る固体撮像装置が採用する垂直走査回路３０の構成例を示しており、図１１は中央部連続信号の読み出しパターン例を示しており、図１２は図５，１１に示したような信号を１フレームで同時に読み出すタイミングを詳細に説明するためのタイミングチャートである。以下、図５を適宜参照する。

第３の実施の形態に係る固体撮像装置では、１のフレームで図１１に示されるような中央部連続信号の読み出しと全領域間引き信号の読み出しとを同時に行う。

ここで、図１０に示される垂直走査回路３０は、行選択信号Ｖ１〜ＶｎとしてＶ１−１又はＶ１−２，・・・Ｖｎ−１又はＶｎ−２のいずれかを選択出力するユニット３０−１，・・・，３０−ｎからなる。例えば、ユニット３０−１は、サブユニット３０−１−１と３０−１−２とＯＲ回路３０−１−３からなり、サブユニット３０−１−１の出力Ｖ１−１又はサブユニット３０−１−２の出力Ｖ１−２のいずれかがＯＲ回路３０−１−３で選択されて行選択信号Ｖ１として出力されることになる。

以下、図１２のタイミングチャートを参照して、第３の実施の形態に係る固体撮像装置による特徴的な読み出し動作について更に詳細に説明する。

先ず、動作説明に先立ち、図１２で用いる各符号の意味内容を定義する。図１２中、ＶＤは垂直同期信号を意味している。ＨＤは水平同期信号を意味している。ＣＫＴ１，２は転送スイッチ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍのオン／オフを制御する転送信号を意味している。Ｖ１〜Ｖｎ（ここではｎ＝９）は、垂直走査回路３０より出力される行選択信号を意味している。以上の他、ＣＨ１，ＣＨ２は、各出力チャンネルから出力される画素信号を併せて意味する。

さて、動作を開始すると、垂直走査回路３０は、各ユニット３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの配列方向に沿って先ず１行目について走査を行う。即ち水平ブランキング期間（水平同期信号ＨＤが“Ｌ”レベルの期間）内で垂直走査回路３０より出力される行選択信号Ｖ１が“Ｈ”レベルとなると、１行目の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１が選択される。

この間、転送スイッチ１３−１〜１３−ｍに入力されるクロックＣＫＴ１が“Ｈ”レベルである為、選択された画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の画素信号は、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍに記憶されることになる。その後、水平有効期間（水平同期信号ＨＤが“Ｈ”レベルの期間）内で水平走査回路１０の各ユニットのうち１０−１，１０−４，１０−７，１０−１０，１０−１３，１０−１６より水平選択信号を出力し、１行目の画素Ｐ１１〜ｍ１のうち選択された１，４，７，１０，１３，１６列目の画素の画素信号が水平選択スイッチ１１−１，１１−４，１１−７，１１−１０，１１−１３，１１−１６を介して出力チャンネルＣＨ１より出力されることになる。

また、垂直走査回路３０は、同じ水平ブランキング期間内で、各ユニット３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの配列方向に沿って４行目について走査を行う。即ち、垂直走査回路３０より出力される行選択信号Ｖ４が“Ｈ”レベルとなると、４行目の画素Ｐ１４〜Ｐｍ４が選択される。この間、転送スイッチ２３−１〜２３−ｍに入力されるクロックＣＫＴ２が“Ｈ”レベルである為、選択された画素Ｐ１４〜Ｐｍ４の画素信号は、ラインメモリ２２−１〜２２−ｍに記憶される。

その後、水平有効期間（水平同期信号ＨＤが“Ｈ”レベルの期間）内で水平走査回路２０の各ユニットのうち２０−７〜２０−１２より水平選択信号を出力し、４行目の画素Ｐ１４〜ｍ４のうち選択された７〜１２列目の画素の画素信号が、水平選択スイッチ２１−７〜２１−１２を介して出力チャンネルＣＨ２より出力されることになる。

この第３の実施の形態では、垂直信号線の画素信号が混合するのを防止すべく、上記したように中央部連続信号の読み出しと全領域間引き信号の読み出しのタイミング（転送信号ＣＫＴ１，ＣＫＴ２の“Ｈ”レベルとするタイミング）をずらしている点に特徴の一つがある。これ以降は、同様に４行目と５行目、７行目と６行目の画素信号が同時にＣＨ１，ＣＨ２からそれぞれ読み出されることで、図５，１１に示されるような読み出しが１のフレームで同時になされる。

なお、この実施例では、全領域間引き信号と中央連続信号とで同じ行が異なる時間で選択されるため（４行目）、その行については蓄積時間が他の行と異なる場合が生じるが、その場合は電子シャッタを用いて全行蓄積時間を揃えることができる。

以上説明した第３の実施の形態によれば、水平方向も垂直方向もある程度の解像度とすることができることになる。さらに、高画素の場合には、画素信号を一度に出力するとフレームレートに問題が生じるが、本実施の形態によれば、全領域の間引き信号の読み出し（例えば表示用）と、中央部連続信号の読み出し（例えばＡＦ用）を、１のフレームで同時に行うことにより、用途に応じた出力を簡易に得られる。

（第４の実施の形態）
以下、図１３、１４を参照して、本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置について詳細に説明する。尚、図１３は中央部連続信号の読み出しパターン例を示しており、図１４は図５，１３に示した信号を１フレームで同時に読み出すタイミングを詳細に説明するためのタイミングチャートである。以下では、図５を適宜参照する。

この第４の実施の形態でも、垂直走査回路３０として図１０の構成を採用する。

第４の実施の形態に係る固体撮像装置では、１のフレームで図１３に示されるような中央部連続信号の読み出しと全領域間引き信号の読み出しとを同時に行う。

以下、図１４のタイミングチャートを参照して、第４の実施の形態に係る固体撮像装置による特徴的な読み出し動作について更に詳細に説明する。

先ず、動作説明に先立って、図１４で用いる各符号の意味内容を定義する。図１４中、ＶＤは垂直同期信号を意味している。ＨＤは水平同期信号を意味している。ＣＫＴ１，２は転送スイッチ１２−１〜１２−ｍ，２２−１〜２２−ｍのオン／オフを制御する転送信号を意味している。Ｖ１〜Ｖｎ（ここではｎ＝９）は、垂直走査回路３０より出力される行選択信号を意味している。以上の他、ＣＨ１，ＣＨ２は、各出力チャンネルから出力される画素信号を併せて意味する。

さて、動作を開始すると、垂直走査回路３０は、各ユニット３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの配列方向に沿って先ず１行目について走査を行う。即ち水平ブランキング期間（水平同期信号ＨＤが“Ｌ”レベルの期間）内で垂直走査回路３０より出力される行選択信号Ｖ１が“Ｈ”レベルとなると、１行目の画素Ｐ１１〜Ｐｍ１が選択される。

この間、転送スイッチ１３−１〜１３−ｍに入力されるクロックＣＫＴ１が“Ｈ”レベルである為、選択された画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の画素信号は、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍに記憶されることになる。その後、水平有効期間（水平同期信号ＨＤが“Ｈ”レベルの期間）内で水平走査回路１０の各ユニットのうち１０−１，１０−４，１０−７，１０−１０，１０−１３，１０−１６より水平選択信号を出力し、１行目の画素Ｐ１１〜ｍ１のうち選択された１，４，７，１０，１３，１６列目の画素の画素信号が水平選択スイッチ１１−１，１１−４，１１−７，１１−１０，１１−１３，１１−１６を介して出力チャンネルＣＨ１より出力されることになる。

続いて、垂直走査回路３０は、同じ水平ブランキング期間内で各ユニット３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの配列方向に沿って３行目について走査を行う。即ち、垂直走査回路３０より出力される行選択信号Ｖ３が“Ｈ”レベルとなると、３行目の画素Ｐ１３〜Ｐｍ３が選択される。この間、転送スイッチ２３−１〜２３−ｍに入力されるクロックＣＫＴ２が“Ｈ”レベルである為、選択された画素Ｐ１３〜Ｐｍ３の画素信号は、ラインメモリ２２−１〜２２−ｍに記憶される。

その後、水平有効期間（水平同期信号ＨＤが“Ｈ”レベルの期間）内で水平走査回路２０の各ユニットのうち２０−７〜２０−１２より水平選択信号を出力し、３行目の画素Ｐ１３〜ｍ３のうち選択された７〜１２列目の画素の画素信号が、水平選択スイッチ２１−７〜２１−１２を介して出力チャンネルＣＨ２より出力されることになる。

この第４の実施の形態では、垂直信号線の画素信号が混合するのを防止すべく、上記したように中央部連続信号の読み出しと全領域間引き信号の読み出しとのタイミング（転送信号ＣＫＴ１，ＣＫＴ２の“Ｈ”レベルとするタイミング）をずらしている点に特徴の一つがある。これ以降は、同様に４行目と５行目、７行目と６行目が同じ水平ブランキング期間中に選択され、これらの画素信号が水平有効期間中にＣＨ１，ＣＨ２から同時に読み出されることで、図５，１３に示されるような読み出しが１のフレームで同時になされる。

尚、この実施の形態では、全領域間引き信号と中央部連続信号とで選択する行が異なるため、第３の実施の形態で記述した蓄積時間が異なる行が生じるという現象はない。

以上説明した第４の実施の形態によれば、水平方向も垂直方向もある程度の解像度とすることができることになる。さらに、高画素の場合には、画素信号を一度に出力するとフレームレートに問題が生じるが、本実施の形態によれば、全領域の間引き信号の読み出し（例えば表示用）と、中央部連続信号の読み出し（例えばＡＦ用）を、フレーム毎に交互に繰り返すことにより、用途に応じた出力を簡易に得られる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、ＭＯＳ型固体撮像装置において通常行われるＦＰＮキャンセルを設けたり、全領域の間引き信号の読み出しを偽信号を抑圧するため混合するなど、本発明はこれに限定されること無くその趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良・変更が可能である。

本発明の上記実施の形態では、水平走査回路及び垂直走査回路を間引き走査が行えるような動作につき説明したが、このような動作を行うためにはデコーダ回路を使用したものや、走査回路にシフトレジスタを用いたものとしては、例えば特開平９−１６３２４５号公報に記載した間引き走査の方法で実現することができ、順次走査を行うことで全画素を順次読み出しすることが可能であることは勿論である。

ここで、図１５には、順次走査及び間引き走査を行う為の走査回路に用いるシフトレジスタの構成例を示し説明する。

ここでは、１／３間引き走査を例に挙げて説明する。

図１５において、１段分のシフトレジスタユニット３００は、サブユニット１０１及び１０２からなる第１のシフトレジスタユニット１００と第２のシフトレジスタユニット２００とで構成されている。この第１及び第２のシフトレジスタユニット１００及び２００の入力端は共通に接続されている。また、第１のシフトレジスタユニット１００の出力端は、次段のシフトレジスタユニットの入力端に接続されており、第２のシフトレジスタユニット２００の出力端は、２段後ろのサブユニット１０２の入力端に接続されている。そして、第１のシフトレジスタユニットのサブユニット１０１，１０２は、それぞれ駆動パルスφ１−１，φ１−２により駆動され、第２のシフトレジスタユニット２００は、駆動パルスφ２により駆動されることになる。

このような構成のシフトレジスタにおいて、駆動パルスφ１−１とφ１−２に駆動信号を与え、駆動パルスφ２は、第２のシフトレジスタユニット２００が非動作となるような状態として、シフトレジスタのスタートパルスφＳＴを入力すると、入力信号は図１６に一点鎖線で示したようにシフトレジスタ内をシフトしていくので、シフトレジスタからはSRout1,SRout2,SRout3,…という順番で信号が出力され、順次走査が行える。

一方、このシフトレジスタにおいて、駆動パルスφ１−２とφ２に駆動信号を与え、駆動パルスφ１−１は、サブユニット１０１が非動作となるような状態として、シフトレジスタのスタートパルスφＳＴを入力すると、入力信号は図１７に一点鎖線で示したようにシフトレジスタ内をシフトしていくので、シフトレジスタからは、Srout3,Srout6,…という順番で信号が出力されので、１／３間引き走査が行える。

以上のように、図１５のような構成のシフトレジスタを走査回路に用い、駆動パルスを制御することで、順次走査及び間引き走査の切換えが可能となる。尚、順次走査及び間引き走査の切換えは駆動パルスの制御で行えるので、走査の途中で駆動パルスを変えることで走査の途中で順次走査と間引き走査の切換えが可能となり、遮光画素領域は順次走査を行い、有効画素領域は間引き走査を行うといった走査も可能である。

本発明の第１乃至第４の実施の形態に共通する固体撮像装置の構成図。 図１の各画素Ｐ１１〜Ｐｍｎの構成例を示す図。 図１の構成に関する各信号のタイミングチャート。 本発明の第１乃至第４の実施の形態に係る固体撮像装置の全画素Ｐ１１〜Ｐｍｎの順次読み出しに関するタイミングチャート。 本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置による全領域間引き信号の読み出しパターン例を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置による中央部連続信号の読み出しパターン例を示す図。 本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置による特徴的な読み出し動作について更に詳細に説明するタイミングチャート。 本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置による中央部連続信号の読み出しパターン例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置による特徴的な読み出し動作について更に詳細に説明するタイミングチャート。 本発明の第３，４の実施の形態に係る固体撮像装置が採用する垂直走査回路３０の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置による中央部連続信号の読み出しパターン例を示す図。 本発明の第３の実施の形態に係る固体撮像装置による特徴的な読み出し動作について更に詳細に説明するタイミングチャート。 本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置による中央部連続信号の読み出しパターン例を示す図。 本発明の第４の実施の形態に係る固体撮像装置による特徴的な読み出し動作について更に詳細に説明するタイミングチャート。 本発明の第１乃至第４の実施の形態に係る固体撮像装置にて順次走査及び間引き走査を行う走査回路として適用可能なシフトレジスタの構成例を示す図。 図１４の構成による順次走査を説明する概念図。 図１４の構成による間引き走査を説明する概念図。

符号の説明

１・・・固体撮像素子、Ｐ１１〜Ｐｍｎ・・・画素、１０・・・水平走査回路、１１−１〜１１−ｍ・・・水平選択スイッチ、１２−１〜１２−ｍ・・・ラインメモリ、１３−１〜１３−ｍ・・・転送スイッチ、２０・・・水平走査回路、２１−１〜２１−ｍ・・・水平選択スイッチ、２２−１〜２２−ｍ・・・ラインメモリ、２３−１〜２３−ｍ・・・転送スイッチ、３０・・・垂直走査回路。

Claims (6)

1. ２次元に配列された複数の画素からなる光電変換部と、
   上記光電変換部の読み出し対象となる画素行を選択する垂直走査回路と、
   上記各画素の出力信号線に接続され、転送信号により駆動制御される転送スイッチと、
   この転送スイッチを介して画素から転送される画素信号を記憶するラインメモリと、
   水平選択信号を出力する水平走査回路と、
   この水平選択信号により駆動制御される水平選択スイッチと、
   この水平選択スイッチを介して画素信号を読み出す複数の出力チャンネルと、
   を具備し、上記垂直走査回路及び水平走査回路の制御により、１のフレームで画素の中央部連続信号の読み出しと画素の全領域間引き信号の読み出しとを同時に行うことを特徴とする固体撮像装置。
2. 上記中央部連続信号の読み出しにおいて選択される画素行と全領域間引き信号の読み出しにおいて選択される画素行とは共通しており、更に選択された各画素行について、中央部連続信号としては中央部の画素信号を読み出し、全領域間引き信号としては所定画素づつ間引いた画素信号を読み出すことを更に特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 上記中央部連続信号の読み出しにおいて選択される画素行と全領域間引き信号の読み出しにおいて選択される画素行とは異なり、中央部連続信号の読み出しと全領域間引き読み出しとで転送スイッチが導通するタイミングをずらすことで、出力信号線での画素信号の混合を防止することを更に特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. ２次元に配列された複数の画素からなる光電変換部と、上記光電変換部の読み出し対象となる画素行を選択する垂直走査回路と、上記各画素の出力信号線の一端、他端にそれぞれ接続され、第１、第２の転送信号によりそれぞれ駆動制御される第１、第２の転送スイッチと、上記第１、第２の転送スイッチを介して画素から転送される画素信号をそれぞれ記憶する第１、第２のラインメモリと、第１、第２の水平選択信号をそれぞれ出力する第１、第２の水平走査回路と、上記第１、第２の水平選択信号によりそれぞれ駆動制御される第１、第２の水平選択スイッチと、上記第１、第２の水平選択スイッチを介して画素信号を読み出す第１、第２の出力チャンネルと、を具備し、
   上記第１の水平選択信号により第１の水平選択スイッチを駆動制御することによる画素の中央部連続信号の読み出しと上記第２の水平選択信号により第２の水平選択スイッチを駆動制御することによる画素の全領域間引き信号の読み出しとを、１のフレームにおいて同時に行うことを特徴とする固体撮像装置。
5. 上記中央部連続信号の読み出しにおいて選択される画素行と全領域間引き信号の読み出しにおいて選択される画素行とは共通しており、更に選択された各画素行について、中央部連続信号としては中央部の画素信号を読み出し、全領域間引き信号としては所定画素づつ間引いた画素信号を読み出すことを更に特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 上記中央部連続信号の読み出しにおいて選択される画素行と全領域間引き信号の読み出しにおいて選択される画素行とは異なり、中央部連続信号の読み出しと全領域間引き読み出しとで第１、第２の転送スイッチが導通するタイミングをずらすことで読み出しのタイミングを異ならせ、出力信号線での画素信号の混合を防止することを更に特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。

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