JP4868021B2 - 固体撮像素子および駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子および駆動制御方法に関し、特に、間引き読み出しによる高速撮像を行う場合に、画素の感度の低下を防止することができるようにする固体撮像素子および駆動制御方法に関する。

CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサは、多画素化が急速に進んでいる。CMOSイメージセンサの画素数が多画素化すると、１画面（１画像）を得るためにかかる時間も長くなるため、高速な撮像が困難になる。

解像度を変えずに（解像度を低下させずに）高速な撮像を実現しようとする場合、例えば、加算処理などの信号処理で対応する方法がある。しかしながら、信号処理を高フレームレートに対応させる必要があり、そのような信号処理回路は高価であり、またメモリなども増加することで、コストが上昇する。

そこで、低コストに高速な撮像を実現する方法として、CMOSイメージセンサが有する各画素への任意アクセス性を生かした、間引き読み出しが広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

間引き読み出しは、行列状（マトリックス状）に配置された複数の画素に対し、所定の間隔の画素を読み飛ばして（間引いて）、読み出した画素のみで１画面を構成する撮像方法である。読み出す画素数が少なくなるので、解像度は低下するがフレームレートは向上する。

特開２００８−１６７００３号公報

しかしながら、読み出す画素を間引くことにより解像度を低下させてフレームレートを向上させる高速撮像では、各画素の露光時間が短縮されるため、今度は、画素の感度（受光量）が低下するという問題が発生する。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、間引き読み出しによる高速撮像を行う場合に、画素の感度の低下を防止することができるようにするものである。

本発明の一側面の固体撮像素子は、光電変換素子を含む画素が行列状に複数配置される画素アレイ部と、前記画素アレイ部の各画素のシャッタ動作と読み出し動作を行ごとに選択制御することにより、前記画素の露光時間を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、間引き率１／Q（Qは正の整数）の間引き読出しを行う場合、第ｐ−１フレーム（ｐ＞１）の次の第ｐフレームでは、前記第ｐ−１フレームでシャッタ動作と読み出し動作を行った行以外の行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行い、前記画素アレイ部の各行でQフレーム時間ごとにシャッタ動作と読み出し動作が行われることにようにして、前記画素アレイ部の各行の前記画素について、全画素読み出しと同一のQフレーム時間にわたる露光時間を確保し、Qフレーム時間で、前記画素アレイ部の全ての行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行う。

前記読み出し動作により読み出された前記画素の画素データは、予め決められた出力行から出力され、その出力行に対して垂直方向に最も近接する２つの読み出し行の前記画素データの加重加算値を計算して出力する信号処理手段をさらに設けることができる。

前記制御手段は、次に前記シャッタ動作または読み出し動作を行う行への移動量がXとY（X,Yは異なる正の整数）の繰り返しとなる（X,Y）間引きによる選択制御を行うようにさせることができる。

本発明の一側面の固体撮像素子の駆動制御方法は、光電変換素子を含む画素が行列状に複数配置される画素アレイ部と、前記画素アレイ部の各画素のシャッタ動作と読み出し動作を行ごとに選択制御することにより、前記画素の露光時間を制御する制御手段とを備える固体撮像素子の、前記制御手段が、間引き率１／Qの間引き読出しを行う場合、第ｐ−１フレーム（ｐ＞１）の次の第ｐフレームでは、前記第ｐ−１フレームでシャッタ動作と読み出し動作を行った行以外の行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行い、前記画素アレイ部の各行でQフレーム時間ごとにシャッタ動作と読み出し動作が行われることにようにして、前記画素アレイ部の各行の前記画素について、全画素読み出しと同一のQフレーム時間にわたる露光時間を確保し、Qフレーム時間で、前記画素アレイ部の全ての行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行うように、前記画素アレイ部の各画素のシャッタ動作と読み出し動作を行ごとに選択制御する。

本発明の一側面においては、間引き率１／Qの間引き読出しを行う場合、第ｐ−１フレーム（ｐ＞１）の次の第ｐフレームでは、第ｐ−１フレームでシャッタ動作と読み出し動作を行った行以外の行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行い、画素アレイ部の各行でQフレーム時間ごとにシャッタ動作と読み出し動作が行われることにようにして、画素アレイ部の各行の画素について、全画素読み出しと同一のQフレーム時間にわたる露光時間を確保し、Qフレーム時間で、画素アレイ部の全ての行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行うように、画素アレイ部の各画素のシャッタ動作と読み出し動作が行ごとに選択制御される。

固体撮像素子は、独立したデバイスであっても良いし、撮像装置を構成している内部デバイスであっても良い。

本発明の一側面によれば、間引き読み出しによる高速撮像を行う場合に、画素の感度の低下を防止することができる。

本発明を適用したCMOSイメージセンサの一実施の形態の構成例を示す図である。 CMOSイメージセンサにおけるR、G、およびBのカラーフィルタの配列例を示す図である。 （１，３）間引きを説明する図である。 （３，１）間引きを説明する図である。 全画素読み出しと露光時間の関係について説明する図である。 従来の１／２間引きのシャッタ動作および読み出し動作のタイミングチャートを示す図である。 図１のCMOSイメージセンサによる（１，３）間引きのシャッタ動作および読み出し動作のタイミングチャートを示す図である。 図６を露光時間のみを示す形に書き換えた図である。 従来の（１，７）間引き時の露光時間を示した図である。 図１のCMOSイメージセンサによる（１，７）間引き時の露光時間を示した図である。 図１のCMOSイメージセンサによる（３，５）間引き時の露光時間を示した図である。 本発明を適用可能なその他のCMOSイメージセンサの構成例を示す図である。 本発明を適用可能なさらにその他のCMOSイメージセンサの構成例を示す図である。 垂直方向のずれへの対応処理を説明する図である。 （１，１５）間引きを説明する図である。 補正処理後の画素データの出力行を示す図である。 出力行がGB行である場合の補正処理を示す図である。 出力行がGR行である場合の補正処理を示す図である。

［CMOSイメージセンサのブロック図］
図１は、本発明を適用したCMOSイメージセンサ（固体撮像素子）の一実施の形態の構成例を示している。

図１のCMOSイメージセンサ１１は、タイミング制御回路１２、行走査回路１３、画素アレイ部１４，カラム処理部１５、列走査回路１６、および水平出力線１７から構成される。

タイミング制御回路１２は、所定の周波数のマスタクロックに基づいて、所定の動作に必要なクロック信号やタイミング信号を行走査回路１３および列走査回路１６に供給する。例えば、タイミング制御回路１２は、画素のシャッタ動作や読み出し動作を制御するタイミング信号を行走査回路１３および列走査回路１６に供給する。

行（垂直）走査回路１３は、画素アレイ部１４の垂直方向に並ぶ画素に、順次、所定のタイミングで、画素信号の出力を制御する信号を供給する。

画素アレイ部１４は、画素２１がｎ行×ｍ列の行列状に配置されたものである画素２１_1,1乃至２１_m,n，ｎ本の水平信号線２２₁乃至２２_n、およびｍ本の垂直信号線２３₁乃至２３_mを有している。

画素２１_1,1乃至２１_m,nのそれぞれは、図示を省略するが、光電変換素子（例えば、フォトダイオード）、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、および増幅トランジスタを有する。転送トランジスタは、光電変換素子で得られた電荷をFD(フローティングディフュージョン)部に転送する。リセットトランジスタは、FD部の電位をリセットする。増幅トランジスタは、FD部の電位に応じた画素信号を出力する。これらの各トランジスタの動作は、水平信号線２２₁乃至２２_nを介して行走査回路１３から供給される信号により制御される。なお、画素２１は、上述の３トランジスタによる構成のほかに、画素選択を行うための選択トランジスタが設けられている４トランジスタによる構成などを採用することもできる。

画素２１_1,1乃至２１_m,nは、水平信号線２２₁乃至２２_nを介して、行走査回路１３からそれぞれ供給される信号に従って、光電変換素子に蓄積された電荷に応じた画素信号を、垂直信号線２３₁乃至２３_mにそれぞれ出力する。

水平信号線２２₁乃至２２_nは、画素２１_1,1乃至２１_m,nの水平方向の画素２１と、行走査回路１３とをそれぞれ接続する。即ち、水平信号線２２₁には、画素２１_1,1乃至２１_m,1が接続され、水平信号線２２₂には、画素２１_1,2乃至２１_m,2が接続され、以下同様に、水平信号線２２_nには、画素２１_1,n乃至２１_m,nが接続されている。

垂直信号線２３₁乃至２３_mは、画素２１_1,1乃至２１_m,nの垂直方向の画素２１と、カラム処理部１５とをそれぞれ接続する。即ち、垂直信号線２３₁には、画素２１_1,1乃至２１_1,nが接続され、垂直信号線２３₂には、画素２１_2,1乃至２１_2,nが接続され、以下同様に、垂直信号線２３_mには、画素２１_m,1乃至２１_m,nが接続されている。

従って、画素２１_1,1乃至２１_1,nは、光電変換素子に蓄積された電荷に応じた画素信号を、垂直信号線２３₁に出力する。画素２１_2,1乃至２１_2,nは、光電変換素子に蓄積された電荷に応じた画素信号を、垂直信号線２３₂に出力する。以下同様に、画素２１_m,1乃至２１_m,nは、光電変換素子に蓄積された電荷に応じた画素信号を、垂直信号線２３_mに出力する。

カラム処理部１５には、ｍ個のADC(Analog-Digital Converter)２４₁乃至２４_mが並列に配置されている。ADC２４₁乃至２４_mには、垂直信号線２３₁乃至２３_mがそれぞれ接続されている。

ADC２４₁乃至２４_mは、画素２１_1,1乃至２１_m,nから垂直信号線２３₁乃至２３_mを介して供給される画素信号を、CDS(Correlated Double Sampling；相関２重サンプリング)処理およびA/D変換処理する。

即ち、ADC２４₁には垂直信号線２３₁が接続されており、ADC２４₁は、画素２１_1,1乃至２１_1,nから垂直信号線２３₁を介して供給される画素信号をCDS処理およびA/D変換処理する。ADC２４₂には垂直信号線２３₂が接続されており、ADC２４₂は、画素２１_2,1乃至２１_2,nから垂直信号線２３₂を介して供給される画素信号をCDS処理およびA/D変換処理する。以下同様に、ADC２４_mは、画素２１_m,1乃至２１_m,nから垂直信号線２３_mを介して供給される画素信号をCDS処理およびA/D変換処理する。

ADC２４₁乃至２４_mそれぞれは、A/D変換後の画素データを一時的に記憶し、列走査回路１６の制御に従って、水平出力線１７に出力する。

列（水平）走査回路１６は、ADC２４₁乃至２４_mに記憶されている画素データを、順次、所定のタイミングで水平出力線１７に出力させる。

水平出力線１７は、後段の画像処理を行うDSP (Digital Signal Processor)などと接続され、ADC２４₁乃至２４_mから出力される画素データを、後段に出力する。

以上のように構成されるCMOSイメージセンサ１１は、列ごとにADCを配置させたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。

図１のCMOSイメージセンサ１１の画素２１_1,1乃至２１_1,nのそれぞれには、R(赤)、G(緑)、またはB(青)のいずれかのカラーフィルタが配置され、各画素２１は、R、G、またはBのいずれかの色の光を受光する。

［画素の配列構成］
図２は、CMOSイメージセンサ１１におけるR、G、およびBのカラーフィルタの配列例を示している。

図２に示されるR,G,Bの配列は、ベイヤー配列と呼ばれる配列である。ベイヤー配列は、１個のR、２個のG、および１個のBを１組とする色配列が行方向と列方向に繰り返し配置される配列である。

例えば、図２において点線で示される、画素２１_1,1、画素２１_2,1、画素２１_1,2、および画素２１_2,2が１組となっており、そのうちの画素２１_1,1がRを受光する画素である。そして、画素２１_1,1の行方向に隣りの画素２１_2,1と列方向に隣りの画素２１_1,2がGを受光する画素であり、画素２１_2,2がBを受光する画素となっている。そして、この画素２１_1,1、画素２１_2,1、画素２１_1,2、および画素２１_2,2の組と同じ色配列が、行方向および列方向に繰り返し配列されている。

なお、本実施の形態では、CMOSイメージセンサ１１の色配列としてベイヤー配列が採用されているものとするが、これに限定されるわけではない。

以上のような構成を有するCMOSイメージセンサ１１においては、画素アレイ部１４の全ての画素２１_1,1乃至２１_m,nを順に読み出す全画素読み出しによる撮像が可能である。また、所定間隔で画素２１を読み飛ばす読み出し方法である間引き読み出しによる撮像が可能である。

全画素読み出しは、画素アレイ部１４の全ての画素２１_1,1乃至２１_m,nについて、画素内の光電変換素子に蓄積された電荷を、例えば、ラスタスキャン順などの所定の順序で順次読み出す方法である。全画素読み出しは、画素アレイ部１４の全ての画素２１_1,1乃至２１_m,nを利用して、高解像度な撮像を可能とする。

一方、間引き読み出しでは、画素アレイ部１４の画素２１_1,1乃至２１_m,nのなかの所定の画素については読み飛ばすため、１枚の画像を生成する時間が全画素読み出しよりも短時間となる。従って、解像度は低下するものの、高速な撮像を行いたい場合、および、低消費電力で撮像を行いたい場合に有効である。

間引き読み出しには、間引き率によって、１／２間引きや１／４間引きなどがある。ここで、間引き率は、読み出す（読み飛ばす）画素数の比率ではなく、垂直方向の読み出す行数の比率を表す。例えば、１／２間引きは、垂直方向の読み出す行数を全体の１／２に間引いた間引き読み出しである。１／４間引きは、垂直方向の読み出す行数を全体の１／４に間引いた間引き読み出しである。

［間引き読み出しの例］
図３を参照して、１／２間引きの１つである（１，３）間引きを説明する。

（１，３）間引きにおける最初の読み出し画素（起点）は、例えば、画素２１_1,1である。画素２１_1,1が読み出された次には、画素２１_1,1から１画素だけ行方向に進んだ（図中右隣の）画素２１_2,1が読み出される。画素２１_2,1が読み出された次には、画素２１_2,1から３画素だけ行方向に進んだ画素２１_5,1が読み出される。画素２１_5,1が読み出された次には、画素２１_5,1から１画素だけ行方向に進んだ画素２１_6,1が読み出される。以下同様に、１行目の最後の画素２１_m,1まで、１画素、３画素の移動量で移動した先の画素２１が読み出される。

１行目の画素２１の読み出しが終了すると、行方向に１行進んだ２行目の画素２１_1,2乃至２１_m,2に対して、１行目と同様に、行方向に１画素、３画素の移動量で移動した先の画素２１が順次読み出される。

２行目の画素２１の読み出しが終了すると、行方向に３行進んだ５行目の画素２１_1,5乃至２１_m,5に対して、１行目と同様に、行方向に１画素、３画素の移動量で移動した先の画素２１が順次読み出される。即ち、行方向についても、読み出し画素が、１画素、３画素の移動量で選択される。

即ち、（１，３）間引きの（１，３）とは、次に読み出し動作を行う画素または行への移動量（画素数）が１，３，１，３，・・・・と繰り返されることを表す。

（１，３）間引きでは、全画素読み出しと比較して、読み出される画素数が、垂直方向で１／２、水平方向で１／２となるので、（１，３）間引きの解像度は、全画素読み出しの１／４となる。ただし、カラムAD変換方式では、フレームレートは、読み出し動作を行う行数のみに反比例するため、（１，３）間引きのフレームレートは、全画素読み出しのフレームレートの２倍である。

図３を参照して分かるように、（１，３）間引きでは、読み出す行と読み飛ばす行が垂直方向に２行ずつ交互に存在することになる。このように、読み出す行と読み飛ばす行が垂直方向に２行ずつとなるようにするのは、CMOSイメージセンサ１１がベイヤー配列であるためである。

即ち、ベイヤー配列は、GとBの画素２１が交互に並んだGB行と、GとRの画素２１が交互に並んだGR行が垂直方向に交互に配列されている。従って、GB行と、それに隣接するGR行とをセットで電荷を読み出す必要があるため、読み出す行と読み飛ばす行が２行ずつ交互に設定される。

なお、GB行どうし、または、GR行どうしを連続して読み出さないようにすればよいだけで、必ずしも隣接するGB行とGR行を読み出さなければならないわけではない。従って、（３，１）間引きにより、１／２間引きを実現することもできる。

そこで、図４を参照して、（３，１）間引きを説明する。

（３，１）間引きでは、（３，１）が読み出される画素２１の読み出し間隔（画素数）を表すから、最初の読み出し画素（起点）を画素２１_1,1とすると、その次は、画素２１_1,1から３画素行方向に進んだ（図中右方向の）画素２１_4,1が読み出される。画素２１_4,1が読み出された次には、画素２１_4,1から１画素行方向に進んだ（図中右方向の）画素２１_5,1が読み出される。画素２１_5,1が読み出された次には、画素２１_5,1から３画素行方向に進んだ画素２１_8,1が読み出される。以下同様に、１行目の最後の画素２１_m,1まで、３画素、１画素の移動量で移動した先の画素２１が順次読み出される。

行方向についても、３画素、１画素の移動量で選択される。従って、１行目の画素２１の読み出しが終了すると、行方向に３行進んだ４行目の画素２１、１行進んだ５行目の画素２１、３行進んだ８行目の画素２１、１行進んだ９行目の画素２１、・・・・が順に読み出される。

（３，１）間引きにおいても、全画素読み出しと比較して、読み出される画素数は、垂直方向で１／２、水平方向で１／２となるので、（３，１）間引きの解像度は、全画素読み出しの１／４となる。

同様に、図示は省略するが、１／４間引きの場合には、読み出し画素の選択の違いにより、（１，７）間引き、（３，５）間引き、（５，３）間引き、（７，１）間引きの４種類が存在する。

次に、読み出し動作と露光時間の関係について説明する。

［全画素読み出しと露光時間の関係］
最初に、基準となる全画素読み出しと露光時間の関係について説明する。

図５は、全画素読み出しにおけるシャッタ動作および読み出し動作のタイミングチャートを示している。

図５において、垂直同期信号VSは、１フレームの始まりで所定期間ハイレベル（Hiレベル）となる信号である。従って、垂直同期信号VSが１度ハイレベルになってから次にハイレベルとなるまでの期間が１フレームを処理する時間（以下、１フレーム時間という）を表し、全画素読み出しによる１フレーム時間をTvとする。

水平同期信号HSは、各行の始まりで所定期間ハイレベルとなる信号である。従って、水平同期信号HSが１度ハイレベルになってから次にハイレベルとなるまでの期間が１行を処理する時間（１水平時間）に相当し、これをTsで表す。

露光時間を最大限確保することを考えると、シャッタ動作を行った後、次にシャッタ動作を行う直前に読み出し動作を行えばよい。従って、１フレーム期間に各行で１回ずつシャッタ動作および読み出し動作が行われるものとし、シャッタ動作と読み出し動作をほぼ同時とみなすと、最大の露光時間は１フレーム時間Tvである。

なお、実際には、ブルーミング対策などのために、実際の露光時間を決定するシャッタ動作以外にもシャッタ動作を行う場合もあるが、本実施の形態では、そのようなシャッタ動作は行わないものとする。また、シャッタ動作の方式は、画素２１が２次元配列された画素アレイ部１４に対して全画素同時にシャッタ動作を行うグローバルシャッタ方式ではなく、シャッタ動作を行う画素２１が時間とともに行単位でシフトしていくローリングシャッタ方式である。

そこで、例えば、全画素読み出しでは、第ｐフレーム（ｐ＞１）の始まりである時刻ｔ₁₁において、第１行目の画素２１の読み出し動作が行われる。即ち、前のフレームである第ｐ−１フレームで蓄積された電荷を読み出す（露光を終了する）読み出し動作が、時刻ｔ₁₁に、第１行目の画素２１に対して行われる。そして、その１水平時間Ts後の時刻ｔ₁₂では、蓄積された電荷をリセットする（露光を開始する）シャッタ動作が第１行目の画素２１に対して行われる。また、時刻ｔ₁₂では、第２行目の画素２１に対して、第ｐ−１フレームで蓄積された電荷を読み出す読み出し動作が行われる。

次の時刻ｔ₁₃では、第２行目の画素２１のシャッタ動作と、第３行目の画素２１の読み出し動作が行われる。

以下同様に、１水平時間Tsごとに行をずらしながら、所定行のシャッタ動作とその次の行の読み出し動作が同時に行われる。

そして、第ｐ＋１フレームの始まりである時刻ｔ₂₁には、図示せぬ第ｎ行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第１行目の画素２１に対する、前のフレームである第ｐフレームで蓄積された電荷を読み出す読み出し動作が行われる。次の時刻ｔ₂₂では、第１行目の画素２１のシャッタ動作と、第２行目の画素２１の読み出し動作が行われる。

以下同様に、１水平時間Tsごとに行をずらしながら、所定行のシャッタ動作とその次の行の読み出し動作が同時に行われる。

以上より、全画素読み出しにおいて、第ｐフレームでシャッタ動作を行った画素２１の露光時間ExptA_pは、第ｐ＋１フレームで読み出し動作を行うまでの時間である。そして、この露光時間ExptA_pは、読み出し動作からシャッタ動作までの時間（１水平時間Ts）を無視すると、上述したように１フレーム時間Tvである。なお、全画素読み出しにおける露光時間は、各フレームで同一であるため、時間ExptAと記述する。

次に、従来の１／２間引き時の露光時間について説明する。

［従来の（１，３）間引きと露光時間の関係］
図６は、従来の１／２間引きの１つである（１，３）間引きにおけるシャッタ動作および読み出し動作のタイミングチャートを示している。

（１，３）間引きは、上述したように、１行目の画素２１の読み出しが終了すると、行方向に１行進んだ２行目の画素２１に対して読み出しが行われ、２行目の画素２１の読み出しが終了すると、行方向に３行進んだ５行目の画素２１に対して読み出しが行われる。

従って、第ｐフレームの始まりである時刻ｔ₄₁で、第１行目の画素２１に対し、読み出し動作が行われ、次の時刻ｔ₄₂で、シャッタ動作が行われる。また、時刻ｔ₄₂では、第２行目の画素２１に対する読み出し動作も行われる。

次の時刻ｔ₄₃では、第２行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第５行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。

以下同様に、第６行目、第９行目、第１０行目、・・・の順に行をずらしながら、所定行のシャッタ動作とその次の行の読み出し動作が同時に行われる。

そして、第ｐ＋１フレームの始まりである時刻ｔ₅₁では、図示せぬ第ｎ行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第１行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。また、次の時刻ｔ₅₂では、第１行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第２行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。

以下同様に、１水平時間Tsごとに、１画素、３画素の順の移動量で行をずらしながら、所定行のシャッタ動作とその次の行の読み出し動作が同時に行われる。

その結果、（１，３）間引きでは、シャッタ動作および読み出し動作の対象となる行数が、全画素読み出しの１／２となるため、１フレーム時間Tv2は、全画素読み出しによる１フレーム時間Tvの半分（Tv2=Tv/2）となる。即ち、フレームレートが全画素読み出しの２倍となる。

また、第ｐフレームでシャッタ動作を行ってから、第ｐ＋１フレームで読み出し動作を行うまでの時間である各画素２１の露光時間ExptB_pも、全画素読み出しによる露光時間ExptA_pの１／２となる。即ち、（１，３）間引き露光時間ExptBは、露光時間ExptAの１／２である。

このように、従来の（１，３）間引きでは、１フレーム時間が短縮するのに応じて、露光時間も短縮するため、画素の感度（受光量）が低下してしまっていた。

［CMOSイメージセンサ１１による（１，３）間引きと露光時間の関係］
そこで、CMOSイメージセンサ１１では、図７に示すような（１，３）間引きを行うことにより、１フレーム時間が短縮しても、露光時間を全画素読み出しと同様に確保し、画素の感度の低下を防止するようになされている。

即ち、図７は、CMOSイメージセンサ１１が（１，３）間引きを行う場合の、シャッタ動作および読み出し動作のタイミングチャートを示している。

CMOSイメージセンサ１１による（１，３）間引きでは、第ｐフレームの始まりである時刻ｔ₆₁において、第１行目の画素２１に対する読み出し動作が行われ、次の時刻ｔ₆₂で、第１行目の画素２１に対するシャッタ動作が行われる。また、時刻ｔ₆₂では、第２行目の画素２１に対する読み出し動作も行われる。

次の時刻ｔ₆₃では、第２行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第５行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。

以下同様に、第６行目、第９行目、第１０行目、・・・の順に行をずらしながら、所定行のシャッタ動作とその次の行の読み出し動作が同時に行われる。

即ち、第ｐフレームでは、図６を参照して説明した従来の（１，３）間引きと同様の動作が行われる。

しかしながら、CMOSイメージセンサ１１による（１，３）間引きでは、第ｐ＋１フレームの動作が、従来の（１，３）間引きと異なる。

第ｐ＋１フレームでは、その前の第ｐフレームでシャッタ動作と読み出し動作を行った行以外の行に対して、シャッタ動作と読み出し動作が行われる。

具体的には、第ｐ＋１フレームの始まりである時刻ｔ₇₁では、図示せぬ第ｎ−１行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第３行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。次の時刻ｔ₇₂では、第３行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第４行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。

次の時刻ｔ₇₃では、第４行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第７行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。その次の時刻ｔ₇₄では、第７行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第８行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。

第ｐフレームでシャッタ動作および読み出し動作が行われた行の画素２１では、第ｐ＋１フレームにおいては、露光が継続されている。

続く第ｐ＋２フレームでは、時刻ｔ₈₁において、図示せぬ第ｎ−３行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第１行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。次の時刻ｔ₈₂では、第１行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第２行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。

次の時刻ｔ₈₃では、第２行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第５行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。その次の時刻ｔ₈₄では、第５行目の画素２１に対するシャッタ動作と、第６行目の画素２１に対する読み出し動作が行われる。

第ｐ＋１フレームでシャッタ動作および読み出し動作が行われた行の画素２１では、第ｐ＋２フレームにおいては、露光が継続されている。

以上のように、CMOSイメージセンサ１１による１／２間引きでは、画素アレイ部１４のシャッタ動作および読み出し動作の対象となる行が、１フレームごとに入れ替わり、２フレームのフレーム時間で画素アレイ部１４の全ての行に対して、シャッタ動作および読み出し動作が行われる。

第ｐフレームの露光時間ExptC_pは、第ｐフレームでシャッタ動作を行ってから、第ｐ＋２フレームで読み出し動作を行うまでの２フレームにわたる時間となる。露光時間ExptC_pは、１フレーム時間Tv2の２倍となるから、全画素読み出しによる１フレーム時間Tvに等しい。即ち、露光時間ExptC_p＝露光時間ExptA_pである。従って、CMOSイメージセンサ１１による１／２間引きでは、各行の画素２１に対し、全画素読み出しと同一の露光時間を確保することができ、画素の感度の低下を防止することができる。

以上の説明は１／２間引きの例であるが、この読み出し制御（駆動制御）は、１／４間引きや１／８間引きなど、その他の間引き読み出しであっても適用することができる。そこで、次に、１／４間引きについて説明する。

［全画素読み出し時の露光時間］
図８は、図６に示した全画素読み出しにおけるシャッタ動作および読み出し動作のタイミングチャートを、露光時間のみを示す形に書き換えた図である。

なお、図８においては、水平同期信号HSの図示が省略されている。また、図８においては、説明を簡単にするため、第１フレーム以降について示している。後述する図９乃至図１１についても同様である。

図５を参照して説明したように、全画素読み出しでは、画素アレイ部１４の各行の露光時間は、いずれもExptA（＝ExptA₁＝ExptA₂）であり、読み出し動作からシャッタ動作までの時間（１水平時間Ts）を無視すると、１フレーム時間Tvと近似できる。

［従来の（１，７）間引き時の露光時間］
図９は、従来の（１，７）間引き時の露光時間を、図８と同様に示した図である。

従来の（１，７）間引きでは、１行目、２行目に対してシャッタ動作および読み出し動作が行われた後は、３行目乃至８行目が飛ばされて９行目、１０行目に対して、シャッタ動作および読み出し動作が行われる。以下、同様に、１７行目、１８行目、２５行目、２６行目、・・・と、順次、シャッタ動作および読み出し動作が行われる。

従って、従来の（１，７）間引きでは、シャッタ動作および読み出し動作の対象となる行数が、全画素読み出しの１／４となるため、１フレーム時間Tv4は、全画素読み出しによる１フレーム時間Tvの１／４（Tv4=Tv/4）である。即ち、（１，７）間引きのフレームレートは、全画素読み出しのフレームレートの４倍である。

そして、シャッタ動作および読み出し動作が行われた各行の露光時間ExptDは、読み出し動作からシャッタ動作までの時間を無視すると、（１，７）間引きの１フレーム時間Tv4である。なお、図９において、露光時間ExptD₁，ExptD₂，ExptD₃，ExptD₄，・・・・は、それぞれ、第１フレーム、第２フレーム、第３フレーム、第４フレーム、・・・・についての露光時間ExptDを表す。

以上より、従来の（１，７）間引きでは、全画素読み出しと比較して、１フレーム時間が１／４に短縮するのに応じて、露光時間も１／４に短縮するため、それだけ画素の感度が低下する。

［CMOSイメージセンサ１１による（１，７）間引き時の露光時間］
図１０は、CMOSイメージセンサ１１による（１，７）間引き時の露光時間を、図８と同様に示した図である。

CMOSイメージセンサ１１による（１，７）間引きでは、第１フレームの１フレーム時間Tv4の間には、１行目、２行目、９行目、１０行目、１７行目、１８行目、２５行目、２６行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

第２フレームの１フレーム時間Tv4の間には、３行目、４行目、１１行目、１２行目、１９行目、２０行目、２７行目、２８行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

第３フレームの１フレーム時間Tv4の間には、５行目、６行目、１３行目、１４行目、２１行目、２２行目、２９行目、３０行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

第４フレームの１フレーム時間Tv4の間には、７行目、８行目、１５行目、１６行目、２３行目、２４行目、３１行目、３２行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

そして、第５フレームの１フレーム時間Tv4の間には、再び、１行目、２行目、９行目、１０行目、１７行目、１８行目、２５行目、２６行目、・・に対して、シャッタ動作および読み出し動作が行われる。

その結果、シャッタ動作および読み出し動作が行われた各行の露光時間ExptFは、１フレーム時間Tv4の４倍、即ち全画素読み出しと同一の１フレーム時間Tvであり、露光時間ExptAに等しい。なお、図１０において、露光時間ExptF₁，ExptF₂，ExptF₃，ExptF₄，・・・・は、それぞれ、第１フレーム、第２フレーム、第３フレーム、第４フレーム、・・・・についての露光時間ExptFを表す。

従って、CMOSイメージセンサ１１による（１，７）間引き読み出しでは、４フレームにわたる露光時間を確保するので、１／４間引きであっても、各画素２１は、全画素読み出しと同一の露光時間を確保することができ、画素の感度の低下を防止することができる。

［CMOSイメージセンサ１１による（３，５）間引き時の露光時間］
図１１は、CMOSイメージセンサ１１による（３，５）間引き時の露光時間を、図８と同様に示した図である。

（３，５）間引きは、上述したように、次に読み出し動作を行う行への移動量（画素数）が、３，５，３，５，・・・・の繰り返しとなる。

CMOSイメージセンサ１１による（３，５）間引きでは、第１フレームの１フレーム時間Tv4の間には、１行目、４行目、９行目、１２行目、１７行目、２０行目、２５行目、２８行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

第２フレームの１フレーム時間Tv4の間には、３行目、６行目、１１行目、１４行目、１９行目、２２行目、２７行目、３０行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

第３フレームの１フレーム時間Tv4の間には、５行目、８行目、１３行目、１６行目、２１行目、２４行目、２９行目、３２行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

第４フレームの１フレーム時間Tv4の間には、２行目、７行目、１０行目、１５行目、１８行目、２３行目、２６行目、３１行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

そして、第５フレームの１フレーム時間Tv4の間には、再び、１行目、４行目、９行目、１２行目、１７行目、２０行目、２５行目、２８行目、・・に対して、シャッタ動作および読み出し動作が行われる。

その結果、CMOSイメージセンサ１１の（３，５）間引き読み出しによる各行の露光時間ExptFは、図１０に示した（１，７）間引きの露光時間と同様、全画素読み出しと同一の露光時間ExptAとなる。

従って、１／４間引きのその他の例である（３，５）間引き読み出しにおいても、CMOSイメージセンサ１１によれば、各画素２１は、全画素読み出しと同一の露光時間を確保することができ、画素の感度の低下を防止することができる。

CMOSイメージセンサ１１が行う読み出し制御（以下、本読み出し制御という）によれば、上述した１／２間引き、１／４間引きの他、１／８間引きなどのその他の間引き率でも、全画素読み出しと同一の露光時間を確保することができる。

以上のように、CMOSイメージセンサ１１は、間引き率１／Q（Qは正の整数）の間引き読出しを行う場合、画素アレイ部１４の各行の画素２１について、Qフレームにわたる露光時間を確保する読み出し制御（駆動制御）を行う。これにより、間引き率に関係なく、全画素読み出しと同一の露光時間を確保することが可能である。

なお、上述した実施の形態では、全画素読み出しにおける最大の露光時間Tvを確保する例について説明したが、CMOSイメージセンサ１１は、露光時間が１フレーム時間Tvより短い場合であっても同様の読み出し制御を行うことができる。

また、上述した実施の形態では、説明を簡単にするため、ブルーミング対策などの、露光時間を決定するシャッタ動作以外のシャッタ動作は行わないこととしたが、ブルーミング対策などのシャッタ動作を行う場合であっても同様の読み出し制御が可能である。

［本発明を適用したCMOSイメージセンサのその他の例］
上述した実施の形態では、カラムAD変換方式を採用した固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサ１１が、間引き率に関わらず全画素読み出しと同一の露光時間を確保することが可能であることを説明した。しかしながら、本読み出し制御は、カラムAD変換方式を採用した固体撮像素子に限定されるものではなく、例えば、図１２や図１３に示される固体撮像素子としてのCMOSイメージセンサにも適用することができる。

図１２は、本読み出し制御を実行可能なその他の固体撮像素子であるCMOSイメージセンサ７１の構成例を示している。

図１２において、図１と対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は省略する。

図１２のCMOSイメージセンサ７１では、図１のカラム処理部１５に代えて、CDS処理部８１が設けられている。また、CMOSイメージセンサ７１では、水平出力線１７の出力先に、ADC８２が設けられている。

また、図１のCMOSイメージセンサ１１においては、カラム処理部１５として、ｍ個のADC２４₁乃至２４_mが並列に配置されていた。これに対して、CMOSイメージセンサ７１では、ｍ個のCDS９１₁乃至９１_mが並列に配置されている。

図１のADC２４₁乃至２４_mは、画素２１_1,1乃至２１_1,nから供給される画素信号をCDS処理およびA/D変換処理して出力したが、図１２のCDS９１₁乃至９１_mは、画素２１_1,1乃至２１_1,nから供給される画素信号に対しCDS処理のみを行って出力する。

CDS処理後の画素信号は、列走査回路１６の制御に従って、水平出力線１７を介して、ADC８２に順次供給される。ADC８２は、供給されたCDS処理後の画素信号をA/D変換し、画素データとして出力する。

即ち、図１２のCMOSイメージセンサ７１は、列ごとにCDSを配置させたカラムCDS方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。

図１３は、本読み出し制御を実行可能なさらにその他の固体撮像素子であるCMOSイメージセンサ１０１の構成例を示している。

図１３のCMOSイメージセンサ１０１は、一般的なCMOSイメージセンサであり、図１３において図１と対応する部分については同一の符号を付してあり、その説明は省略する。

図１３では、画素アレイ部１４については画素２１_m,n-1と画素２１_m,nについてのみ示している。そして、図１３では、図１で図示を省略した、画素２１を構成する光電変換素子１１１_m,n、転送トランジスタ１１２_m,n、FD部１１３_m,n、リセットトランジスタ１１４_m,n、および増幅トランジスタ１１５_m,nが示されている。

行走査回路１３は、行選択信号線１２１_nを介して、リセットトランジスタ１１４_m,nのドレインと接続されている。また、行走査回路１３は、転送選択信号線１２２_nを介して、転送トランジスタ１１２_m,nのゲートと、リセット選択信号線１２３_nを介して、リセットトランジスタ１１４_m,nのゲートと、それぞれ接続されている。

光電変換素子１１１_m,nは、入射光をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換し、これを蓄積する。転送トランジスタ１１２_m,nは、光電変換素子１１１_m,nとFD部１１３_m,nの間に接続され、光電変換素子１１１_m,nに蓄積された信号電荷をFD部１１３_m,nへ転送する。FD部１１３_m,nは、転送された信号電荷を信号電圧に変換し、増幅トランジスタ１１５_m,nのゲートに与える。

リセットトランジスタ１１４_m,nは、FD部１１３_m,nと行選択信号線１２１_nの間に接続され、FD部１１３_m,nの電位を画素電源（例えば３．３Ｖ）の電位にリセットする機能を持つ。増幅トランジスタ１１５_m,nは、電源ライン１２４と垂直信号線２３_mの間に接続され、FD部１１３_m,nの電位を増幅して垂直信号線２３_mに出力する。

また、CMOSイメージセンサ１０１では、垂直信号線２３_mの端部と水平信号線１７の間に水平選択スイッチ１３１_mが配置されるとともに、水平信号線１７の端部には抵抗１３２で帰還したオペアンプ１３３が配置されている。すなわち、垂直信号線２３_mおよび水平信号線１７の電位が抵抗１３２で帰還したオペアンプ１３３で一定電位（Vbias）に固定されている。そして、電源回路１３４が画素２１_m,nに与える電源電圧を下げることによって、画素２１_m,n内の増幅トランジスタ１１５_m,nが線形動作する。これにより、画素２１からの画素信号が電流モードで出力されるようになされている。

なお、この例では、電源回路１３４を内蔵し、画素２１に与える電源電圧を下げる構成を採用しているが、これに限定されるものではなく、例えば画素２１_m,n内の増幅トランジスタ１１５_m,nのしきい値電圧Vthを下げることによっても、増幅トランジスタ１１５_m,nを線形動作させることが可能である。

図１２のCMOSイメージセンサ７１、および図１３のCMOSイメージセンサ１０１においても、タイミング制御回路１２が、本読み出し制御となるように、行走査回路１３および列走査回路１６を制御することができる。これにより、CMOSイメージセンサ７１およびCMOSイメージセンサ１０１においても、間引き読み出しによる高速撮像である場合に、全画素読み出しと同一の露光時間の確保を実現することができる。

［垂直方向のずれへの対応］
ところで、本読み出し制御を実行した場合には、隣接するフレーム間の画像において垂直方向にずれが生じる。例えば、図７の例における１／２間引きでは、第ｐフレームの画像と第ｐ＋１フレームの画像とで、固定（移動していない）の同一の被写体を撮像した場合でも、垂直方向に２画素だけずれた画像が得られることになる。

この問題に対しては、例えば、図１４に示されるように、CMOSイメージセンサ１１の後段に配置されるDSP２０１で、手振れ補正等、画像のずれを補正する処理を実行することで対応可能である。なお、CMOSイメージセンサ１１は、出力画像が間引き率に応じて垂直方向に数画素だけずれた画像となることを予め分かっているので、数画素のずれが発生している画像であることを表す制御情報を画素データとともに出力させることも可能である。

また、後段のDSP２０１等に任せずに、CMOSイメージセンサ１１自身が垂直方向のずれを補正した画像を出力するようにしてもよい。

以下、１／８間引きの一つである（１，１５）間引きを行う例を用いて、CMOSイメージセンサ１１が、本読み出し制御による画像のずれを補正する処理について説明する。

[（１，１５）間引き読み出しの動作]
初めに、図１５を参照して、（１，１５）間引きについて簡単に説明する。

（１，１５）間引きは、次に読み出し動作を行う行への移動量（画素数）が、１，１５，１，１５，・・・・の繰り返しとなる。

例えば、図１５に示すように、第（α＋１）フレームにおいて、１行目、２行目、１７行目、１８行目、３３行目、３４行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

次の第（α＋２）フレームでは、３行目、４行目、１９行目、２０行目、３５行目、３６行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

第（α＋３）フレームでは、５行目、６行目、２１行目、２２行目、３７行目、３８行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

以下同様にシャッタ動作および読み出し動作が行われ、第（α＋８）フレームでは、１５行目、１６行目、３１行目、３２行目、４７行目、４８行目、・・が、その順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

そして、再び、第（α＋９）フレームでは、１行目、２行目、１７行目、１８行目、３３行目、３４行目、・・の順にシャッタ動作および読み出し動作が行われる。

従って、対応する読み出し位置が最も離れている第（α＋１）フレームと第（α＋８）フレームとで比較すると、読み出し位置が垂直方向に１５画素異なることから、出力画像の重心位置で言えば、１５／２＝７．５画素のずれが生じる。

[CMOSイメージセンサ１１による画像のずれ補正処理]
そこで、CMOSイメージセンサ１１は、間引き読み出しによる出力画像のずれを補正してから、出力画像の画素データを出力する。

[補正処理後の画素データの出力行]
CMOSイメージセンサ１１は、出力画像の重心位置がどのフレームでも同一となるようにするため、画素データを出力する行を一定にする。即ち、画素データの読み出し行に関わらず、画素データの出力行が固定される。例えば、CMOSイメージセンサ１１は、図１６に示すように、画素データの出力行の間隔が等間隔となる、１行目、９行目、１７行目、２５行目、および３３行目を画素データの出力行とする。また、CMOSイメージセンサ１１は、１行目、１７行目、および３３行目を、RG行の出力行とし、９行目および２５行目を、GB行の出力行とする。図示しない他の行も同様の規則で出力する。

次に、図１６に示した各出力行からどのような値を画素データとして出力するかについて説明する。

CMOSイメージセンサ１１は、画素データの読み出し行と出力行が異なる場合、その出力行に対して垂直方向に最も近接する２つの読み出し行の画素データの加重加算値を計算し、その結果を出力する。ここで計算される加重加算値は、出力行と読み出し行との距離（行数）に応じて重み付け加算された値である。

一方、画素データの読み出し行と出力行が同一である場合には、CMOSイメージセンサ１１は、読み出した画素データをそのまま出力する。

（１，１５）間引き等の１／８間引きでは、図１５を参照して説明したように、画素データの読み出し行のパターンが８通り存在するので、加重加算値の計算も（そのまま出力する場合も含めて）８通り存在する。しかし、読み出し行の位置および順番、並びに出力行の位置は予め決定されるので、加重加算の計算式も予め決めておくことができる。なお、例えば、（１，７）間引きなどの１／４間引きでは、画素データの読み出し行のパターンは４通りとなるので、加重加算値の計算も４通りとなる。

[出力行がRG行である場合の補正処理]
図１７を参照して、出力行がRG行である場合の補正処理について説明する。

１７行目の出力行について説明する。

第（α＋１）フレームでは、画素データの読み出し行と出力行が同一であるので、CMOSイメージセンサ１１は、１７行目から読み出した画素データをそのまま出力する。

第（α＋２）フレームでは、画素データの読み出し行と出力行が異なる。そのため、CMOSイメージセンサ１１は、１７行目に最も近接する２つの読み出し行である３行目と１９行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を１７行目から出力する。

読み出し行の一方である３行目は、出力行である１７行目から１４行離れた位置にあり、読み出し行の他方である１９行目は、出力行である１７行目から２行離れた位置にある。従って、３行目から読み出した画素データをＰ₃，１９行目から読み出した画素データをＰ₁₉とすると、出力される補正後の画素データＰ_OUTは、次式で計算される。

この補正後の画素データＰ_OUTは、３行目から読み出した画素データＰ₃と、１９行目から読み出した画素データＰ₁₉を、出力行の位置で線形補間した値であるとも言うことができる。

次の第（α＋３）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、５行目と２１行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を１７行目から出力する。

５行目から読み出した画素データをＰ₅，２１行目から読み出した画素データをＰ₂₁とすると、CMOSイメージセンサ１１が出力する第（α＋３）フレームの画素データＰ_OUTは、は、次式で求められる。

第（α＋４）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、７行目と２３行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を１７行目から出力する。

第（α＋５）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、９行目と２５行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を１７行目から出力する。

第（α＋６）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、１１行目と２７行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を１７行目から出力する。

第（α＋７）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、１３行目と２９行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を１７行目から出力する。

第（α＋８）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、１５行目と３１行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を１７行目から出力する。

第（α＋９）フレームでは、再び画素データの読み出し行と出力行が同一となるので、CMOSイメージセンサ１１は、１７行目から読み出した画素データをそのまま出力する。

[出力行がGB行である場合の補正処理]
次に、図１８を参照して、出力行がGB行である場合の補正処理について説明する。

２５行目の出力行について説明する。

第（α＋１）フレームでは、画素データの読み出し行と出力行が異なる。そのため、CMOSイメージセンサ１１は、２５行目に最も近接する２つの読み出し行である１８行目と３４行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を２５行目から出力する。

第（α＋２）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、２０行目と３６行目（図示せず）から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を２５行目から出力する。

第（α＋３）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、２２行目と３８行目（図示せず）から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を２５行目から出力する。

第（α＋４）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、２４行目と４０行目（図示せず）から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を２５行目から出力する。

第（α＋５）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、１０行目と２６行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を２５行目から出力する。

第（α＋６）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、１２行目と２８行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を２５行目から出力する。

第（α＋７）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、１４行目と３０行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を２５行目から出力する。

第（α＋８）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、１６行目と３２行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を２５行目から出力する。

第（α＋９）フレームでは、CMOSイメージセンサ１１は、再び１８行目と３４行目から読み出した画素データの加重加算値を計算し、その結果を２５行目から出力する。

以上のように、CMOSイメージセンサ１１は、本読み出し制御を実行した場合の出力画像として、上述した補正処理を実行することで、フレーム間で垂直方向の重心位置にずれのない出力画像を出力することができる。

これにより、後段のDSP２０１（図１４）等では、垂直方向のずれを補正する処理を行う必要がないため、その他の画像処理に専念することができ、処理負担が軽減される。また、CMOSイメージセンサ１１単体でみれば、間引き読み出しによる高速撮像であっても全画素読み出しと同一の露光時間の確保し、かつ、垂直方向のずれが補正された高画質の画像を出力することができる。

なお、上述した垂直方向のずれを補正する補正処理は、例えば、図１のCMOSイメージセンサ１１では、水平出力線１７の先に信号処理回路を設け、そこで実行させることができる。また、上述したCMOSイメージセンサ７１や１０１が、上述した補正処理を行うことも勿論可能である。

本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１１ CMOSイメージセンサ， １２ タイミング制御回路， １３ 行走査回路， １４ 画素アレイ部， １６ 列走査回路， １７ 水平出力線， ２１_1,1乃至２１_m,n 画素，７１ CMOSイメージセンサ，１０１ CMOSイメージセンサ

Claims (4)

1. 光電変換素子を含む画素が行列状に複数配置される画素アレイ部と、
   前記画素アレイ部の各画素のシャッタ動作と読み出し動作を行ごとに選択制御することにより、前記画素の露光時間を制御する制御手段と
   を備え、
   前記制御手段は、間引き率１／Q（Qは正の整数）の間引き読出しを行う場合、第ｐ−１フレーム（ｐ＞１）の次の第ｐフレームでは、前記第ｐ−１フレームでシャッタ動作と読み出し動作を行った行以外の行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行い、前記画素アレイ部の各行でQフレーム時間ごとにシャッタ動作と読み出し動作が行われることにようにして、前記画素アレイ部の各行の前記画素について、全画素読み出しと同一のQフレーム時間にわたる露光時間を確保し、Qフレーム時間で、前記画素アレイ部の全ての行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行う
   固体撮像素子。
2. 前記制御手段は、次に前記シャッタ動作または読み出し動作を行う行への移動量がXとY（X,Yは異なる正の整数）の繰り返しとなる（X,Y）間引きによる選択制御を行う
   請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記読み出し動作により読み出された前記画素の画素データは、予め決められた出力行から出力され、その出力行に対して垂直方向に最も近接する２つの読み出し行の前記画素データの加重加算値を計算して出力する信号処理手段をさらに備える
   請求項２に記載の固体撮像素子。
4. 光電変換素子を含む画素が行列状に複数配置される画素アレイ部と、前記画素アレイ部の各画素のシャッタ動作と読み出し動作を行ごとに選択制御することにより、前記画素の露光時間を制御する制御手段とを備える固体撮像素子の、
   前記制御手段が、間引き率１／Qの間引き読出しを行う場合、第ｐ−１フレーム（ｐ＞１）の次の第ｐフレームでは、前記第ｐ−１フレームでシャッタ動作と読み出し動作を行った行以外の行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行い、前記画素アレイ部の各行でQフレーム時間ごとにシャッタ動作と読み出し動作が行われることにようにして、前記画素アレイ部の各行の前記画素について、全画素読み出しと同一のQフレーム時間にわたる露光時間を確保し、Qフレーム時間で、前記画素アレイ部の全ての行に対して、シャッタ動作と読み出し動作を行うように、前記画素アレイ部の各画素のシャッタ動作と読み出し動作を行ごとに選択制御する
   駆動制御方法。

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