JP4941131B2 - 固体撮像素子及び電子カメラ - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた電子カメラに関するものである。

ビデオカメラや電子スチルカメラなどの電子カメラでは、ＣＣＤ型固体撮像素子や増幅型固体撮像素子を有している。これらの固体撮像素子では、光電変換部を有する画素がマトリクス状に複数配置されており、各画素の光電変換部にて信号電荷を生成する。

増幅型固体撮像素子では、画素の光電変換部にて生成・蓄積された信号電荷を画素に設けられた増幅部に導き、増幅部で増幅した信号を画素から出力する。増幅型固体撮像素子は、一般的に、各画素は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョンなどの電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を所定のリセット電位にリセットするリセット部を、有している。信号読み出し動作は、画素領域の周辺に配置された垂直走査回路や水平走査回路などの周辺回路により各画素が駆動されることによって行われる。

このような増幅型固体撮像素子を採用した電子カメラでは、自動露光（ＡＥ：Auto Exposure）が行われるようになってきている。自動露光技術には、昼間の様な明るい環境下において固体撮像素子の出力からシャッター時間と絞りを決定する場合と、夜間の様な暗い環境下においてストロボ本発光前にプリ発光を行い、その時の固体撮像素子の出力から本発光時の発光量、露出時間、シャッタースピードを決定する自動調光とがある。

下記特許文献１には、自動露光のための測光センサを固体撮像素子と別に設けることなく、固体撮像素子自体から、ストロボのプリ発光中に自動露光のための測光情報を得る点が開示されている。具体的には、特許文献１には、第１及び第２の撮像制御装置が開示されている。これらの第１及び第２の撮像制御装置はいずれも、被写体を照明する少なくとも１つのストロボと、２次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子とを備える固体撮像装置内に実装され、前記ストロボと前記固体撮像素子の制御を行う撮像制御装置を前提としている。前記第１及び第２の撮像制御装置は、さらに、前記ストロボの制御を行うストロボ発光制御回路と、前記固体撮像素子の電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路とを備える。そして、前記ストロボ発光制御回路は、前記ストロボの本発光前にプリ発光を行うように前記ストロボを制御する。

そして、前記第１の撮像制御装置では、前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定個数の画素毎に混合して読み出すように前記固体撮像素子を制御する。この第１の撮像制御装置によれば、画素混合機能を用いることにより、ストロボ発光前のプリ発光時に正確な光量を検出することができる。

一方、前記第２の撮像制御装置では、前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定行数毎に間引いて読み出すように前記固体撮像素子を制御する。前記第２の撮像制御装置によれば、ライン間引き機能を用いることにより、ストロボ発光前のプリ発光時に正確な光量を検出することができる。
特開２００５−３４７９２８号公報

前記第２の撮像制御装置では、複数の画素に蓄積された電荷を所定行数毎に間引いて読み出すので、間引かれて読み出されない行の情報が全く失われてしまい、固体撮像素子の有効画素領域において不感帯が発生してしまう。これに対し、前記第１の撮像制御装置では、複数の画素に蓄積された電荷を所定個数の画素毎に混合して読み出すので、このような情報の欠落が回避されるため、好ましい。

しかしながら、前記特許文献１には、画素混合機能に関して、固体撮像素子電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路が、複数の画素に蓄積された電荷を所定個数の画素毎に混合して読み出すように前記固体撮像素子を制御すると、単に記載されているのみであり、前記特許文献１には、固体撮像素子の具体的な構成やセンサー駆動回路の具体的な構成を全く開示しないとともにそれらを示唆する記載も一切ない。前記特許文献１の記載は、固体撮像素子の読み出し制御自体を通常読み出しと異なる方法で行うことで、前記画素混合機能を実現することを示唆しているに留まる。

そこで、通常の当業者であれば、前記特許文献１の前記記載から固体撮像素子の読み出し制御に着目し、固体撮像素子を駆動するセンサー駆動回路や固体撮像素子における周辺回路を工夫することで、信号読み出し制御方法を工夫して、前記画素混合機能を実現しようとする。

しかし、この場合には、混合すべき画素のグループの設計時の設定や変更が、困難になったり複雑になったりしてしまう。

なお、前記特許文献１は、画素混合機能をストロボのプリ発光に関する自動調光に用いる点のみを開示するが、本発明者の研究の結果、画素混合機能は、自動調光以外にも、自動露光を行ったり、当該電子カメラに搭載された液晶パネル等の表示部にモニタ画像等の動画又は静止画の画像を表示したり、動画像を記録したりするためにも、有用であることが判明した。例えば、固体撮像素子の画素数に比べて表示画素数の少ない表示部にモニタ画像等の画像表示を行う場合、画素混合によらない単純な間引きを行うとすれば、間引かれた箇所の情報が欠落した画像しか表示し得ない。また、固体撮像素子の画素数に比べて画素数の少ない所定の規格の動画像として記録部に記録する場合、画素混合によらない単純な間引きを行うとすれば、間引かれた箇所の情報が欠落した画像しか記録し得ない。このような画像表示や動画記録に画素混合機能を用いれば、そのような情報の欠落を回避することができるので、好ましい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、画素混合機能を実現することができ、しかも、混合すべき画素のグループの設計時の設定や変更を容易に行うことができる固体撮像素子、及び、これを用いた電子カメラを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、前記複数の画素のうちの２つ以上の画素の前記信号電荷の混合時に、前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部を、互いに電気的に接続された状態であって前記電源部から電気的に切り離なされた状態にし得るように、構成されたものである。

本発明の第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記複数の画素が複数のグループに分けられてそのグループ毎に異なる色のカラーフィルタが設けられ、前記２つの以上の画素は、同じ色のカラーフィルタが設けられた画素であるものである。

本発明の第３の態様による固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、（i）前記複数の画素のうちの２つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部と、前記電源部との間に、第１のスイッチがそれぞれ設けられ、（ii）前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部が、互いに、第２のスイッチを介することなくあるいは第２のスイッチを介して電気的に接続されたものである。

本発明の第４の態様による固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、（i）前記複数の画素のうちの２つ以上の画素のうちの１つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部と、前記電源部との間に、第１のスイッチが設けられ、（ii）前記２つ以上の画素のうちの残りの画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部は、前記電源部に電気的に接続されておらず、（iii）前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部が、互いに、第２のスイッチを介することなくあるいは第２のスイッチを介して電気的に接続されたものである。

本発明の第５の態様による固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、（i）前記複数の画素のうちの２つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部と、前記電源部との間に、第１のスイッチがそれぞれ設けられ、（ii）前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部にそれぞれ、１つ以上の第２のスイッチの第１の端部が電気的に接続され、（iii）前記各第２のスイッチの第２の端部は、当該第２のスイッチが電気的に接続された前記リセットスイッチとは異なる前記リセットスイッチに電気的に接続された前記第２のスイッチの第２の端部に、電気的に接続されたものである。

本発明の第６の態様による固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、（i）前記複数の画素のうちの２つ以上の画素のうちの１つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部と、前記電源部との間に、第１のスイッチが設けられ、（ii）前記２つ以上の画素のうちの残りの画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部は、前記電源部に電気的に接続されておらず、（iii）前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部にそれぞれ、１つ以上の第２のスイッチの第１の端部が電気的に接続され、（iv）前記各第２のスイッチの第２の端部は、当該第２のスイッチが電気的に接続された前記リセットスイッチとは異なる前記リセットスイッチに電気的に接続された前記第２のスイッチの第２の端部に、電気的に接続されたものである。

本発明の第７の態様による固体撮像素子は、前記第５又は第６の態様において、前記２つ以上の画素のうちの少なくとも１つの画素と当該画素の前記リセットスイッチに前記第２のスイッチを介して電気的に接続されたリセットスイッチを有する画素とからなる第１のグループ、及び、前記２つ以上の画素のうちの他の少なくとも１つの画素と当該画素の前記リセットスイッチに前記第２のスイッチを介して電気的に接続されたリセットスイッチを有する画素とからなる第２のグループに関して、前記第１のグループに属する少なくとも１つの画素は前記第２のグループには属しないものである。

本発明の第８の態様による固体撮像素子は、前記第３乃至第７のいずれかの態様において、前記複数の画素が複数のグループに分けられてそのグループ毎に異なる色のカラーフィルタが設けられ、前記複数の画素のうち、前記リセットスイッチの前記第１の端部が互いに前記第２のスイッチを介することなく又は前記第２のスイッチを介して電気的に接続された画素は、同じ色のカラーフィルタが設けられた画素であるものである。

本発明の第９の態様による電子カメラは、前記第１乃至第８のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記複数の画素のうちの２つ以上の画素でそれぞれ発生した電荷が混合されて当該混合された電荷に応じた信号が読み出されるように、前記固体撮像素子を制御する制御手段と、を備えたものである。

本発明の第１０の態様による電子カメラは、前記第９の態様において、前記混合された電荷に応じた前記信号に基づいて、自動露光制御を行うものである。

本発明の第１１の態様による電子カメラは、前記第９の態様において、前記混合された電荷に応じた前記信号を、動画情報として記録部に記録するものである。

本発明の第１２の態様による電子カメラは、前記第９の態様において、前記混合された電荷に応じた前記信号を、表示部に動画又は静止画として表示するための表示データとして用いるものである。

本発明の第１３の態様による電子カメラは、前記第１乃至第８のいずれかの態様による固体撮像素子と、ストロボの本発光前のプリ発光中に前記複数の画素のうちの２つ以上の画素でそれぞれ発生した電荷が混合されて当該混合された電荷に応じた信号が読み出されるように、前記固体撮像素子を制御する制御手段と、を備え、前記混合された電荷に応じた前記信号に基づいて、前記ストロボの本発光時の自動露光制御を行うものである。

本発明によれば、画素混合機能を実現することができ、しかも、混合すべき画素のグループの設計時の設定や変更を容易に行うことができる固体撮像素子、及び、これを用いた電子カメラを提供することができる。

以下、本発明による固体撮像素子及びこれを用いた電子カメラについて、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電子カメラ１を示す概略ブロック図である。電子カメラ１には、撮影レンズ２が装着される。この撮影レンズ２は、レンズ制御部２ａによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ２の像空間には、固体撮像素子３の撮像面が配置される。

固体撮像素子３は、撮像制御部４の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子３から出力される信号は、画像用の信号、自動露光用の信号（測光信号）のいずれかである。いずれにおいても信号は、信号処理部５、及びＡ／Ｄ変換部６を介して処理された後、メモリ７に一旦蓄積される。メモリ７は、バス８に接続される。バス８には、レンズ制御部２ａ、撮像制御部４、マイクロプロセッサ９、焦点演算部１０、露光演算部１４、記録部１１、画像圧縮部１２、画像処理部１３、表示制御部１５、ストロボ発光制御部１７なども接続される。表示制御部１５は、モニタ画像等を液晶表示部（ＬＣＤ）１６に表示させる。ストロボ発光制御部１７は、内蔵又は外付けのストロボ１８の発光を制御する。上記マイクロプロセッサ９には、レリーズ釦などの操作部９ａが接続される。また、上記の記録部１１には記録媒体１１ａが着脱自在に装着される。本実施の形態では、固体撮像素子３とは別に焦点検出センサ（図示せず）が設けられているが、知られているように、固体撮像素子３を、焦点検出用信号も得られるように構成してもよい。この電子カメラ１の動作については、後に、図８を参照して説明する。

図２は、図１中の固体撮像素子３の概略構成を示す回路図である。固体撮像素子３は、マトリクス状に配置された複数の画素２０と、画素２０から信号を出力するための周辺回路とを有している。図において、横に４行縦に４行の１６個の画素２０のみを示しているが、画素数はこれに限られるものではない。これらの画素２０は、周辺回路の駆動信号に従って画像用の信号、自動露光用の信号のいずれかを出力する。

周辺回路は、垂直走査回路２１、水平走査回路２２、これらと接続されている駆動信号線２４，３２〜３５、画素からの信号を受け取る垂直信号線２５、垂直信号線２５と接続される定電流源２６及び相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）２７、相関二重サンプリング回路２７から出力される信号を受け取る水平信号線２８、出力アンプ２９等からなる。なお、図２においては、後述する画素混合用連結配線３６の図示は省略している。

垂直走査回路２１及び水平走査回路２２は、電子カメラ１の撮像制御部４からの指令に基づいて駆動信号を出力する。各画素２０は、垂直走査回路２１から出力される後述の駆動信号φＤＩＶ、φＲＥＳ、φＴＸ、φＳＥＬを駆動信号線３２〜３５から受け取って駆動され、画像用信号又は自動露光用信号を垂直信号線２５に出力する。

画素２０から出力された信号は、相関二重サンプリング回路２７にて所定のノイズ除去が施される。そして、水平走査回路２２の駆動信号により水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して外部に信号が出力される。

図３は、図１中の固体撮像素子３（特にその有効画素領域領域３１）を模式的に示す概略平面図である。本実施の形態では、図３に示すように、固体撮像素子３の有効画素領域３１は、マトリクス状に配置された画素ブロック４０に分けられている。各画素ブロック４０は、図４及び図５に示すように、垂直方向（列方向）に１列に並んだ複数個（Ａ個）の画素２０からなる。

図４は、画素ブロック４０を示す回路図である。図４では、それぞれｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までに並んだＡ個の画素２０からなる２つの画素ブロック４０と、これに隣接する２つの画素ブロック４０の（ｎ＋Ａ）行目の画素２０を、示している。図４では、図面表記の便宜上、各駆動配線３２〜３５の接続状態を明示していないが、各画素行毎に共通に接続され、同じ行の駆動配線３２〜３５にはそれぞれ同じ駆動信号φＤＩＶ、φＲＥＳ、φＴＸ、φＳＥＬが供給されるようになっている。

本実施の形態では、いずれの画素２０も同一の回路構成を有している。各画素２０は、図４に示すように、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオード５１と、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョン（ＦＤ）５４と、フォトダイオード５１からＦＤ５４へ電荷を転送する転送トランジスタ５５と、ＦＤ５４の電位に応じた信号を出力する増幅部としての画素アンプ５８と、ＦＤ５４の電位を電源部Ｖｄｄから供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチ（本実施の形態では、リセットトランジスタ）５９と、画素アンプ５８の信号を当該画素から出力する選択スイッチとしての選択トランジスタ６０とを有している。リセットスイッチ５９の第２の端部ｂは、画素アンプ５８のゲート、ＦＤ５４及び転送トランジスタ５５の一方端部に接続されている。

一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子では、リセットスイッチ５９におけるＦＤ５４とは反対側の第１の端部ａは、直接的に電源Ｖｄｄに接続される。これに対し、本実施の形態では、各画素２０は、リセットスイッチ５９の第１の端部ａと電源部Ｖｄｄとの間に設けられた第１のスイッチ（本実施の形態では、トランジスタ）６１を、有している。また、本実施の形態では、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子とは異なり、各画素ブロック４０毎に、当該画素ブロック４０内のＡ個の画素２０の第１の端部ａが、互いに、画素混合用連結配線３６によって直接的に電気的に接続されている。図５は、図４に示す回路図を、画素混合用連結配線３６による接続関係に着目して抽象化して示したものである。

なお、本実施の形態では、各画素２０のトランジスタ５５，５８〜６１は、全てｎＭＯＳトランジスタである。

各画素２０の転送トランジスタ５５のゲートは、画素行ごとに共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線３４を介して駆動信号φＴＸが供給される。各画素２０の選択トランジスタ６０のゲートは、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線３５を介して駆動信号φＳＥＬが供給される。各画素のリセットスイッチ５９のゲートは、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線３３を介して駆動信号φＲＥＳが供給される。各画素２０の第１のスイッチ６１のゲートは、画素行ごとに共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線３２を介して駆動信号φＤＩＶが供給される。

フォトダイオード５１は、入射光の光量（被写体光）に応じて信号電荷を生成する。転送トランジスタ５５は、転送パルス（駆動信号）φＴＸのハイレベル期間にオンし、フォトダイオード５１に蓄積された信号電荷をＦＤ５４に転送する。リセットスイッチ５９は、リセットパルス（制御信号）φＲＥＳのハイレベル期間にオンし、駆動信号φＤＩＶがハイレベルにされて第１のスイッチ６１がオンしていれば、ＦＤ５４の電位を、電源部Ｖｄｄから供給されるリセット電位にリセットする。

一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に全画素２０からそれぞれの画素２０で生成された信号電荷を互いに混合することなく読み出す非混合・全画素読み出しモードでは、各画素２０のフォトダイオード５１から転送トランジスタ５５によりＦＤ５４に転送されて来た信号電荷は、当該信号電荷の読み出しが完了するまでリセットスイッチ５９がオフに維持されることで、他の画素２０の信号電荷と混合されることはない。

一方、同じ画素ブロック４０内の画素２０で生成された信号電荷を互いに混合して間引き走査により読み出す混合・間引き走査読み出しモードでは、各画素２０のフォトダイオード５１から転送トランジスタ５５によりＦＤ５４に転送されて来た信号電荷は、少なくとも当該信号電荷の読み出し前にリセットスイッチ５９がオンにされる（このとき、信号電荷がリセットされてしまわないように、第１のスイッチ３２をオフにしておく。）ことで、同じ画素ブロック４０内のＡ個の画素２０のＦＤ５４が共通に接続されて、同じ画素ブロック４０内のＦＤ５４内の信号電荷が互いに混合されて平均化される。この混合・間引き走査読み出しモードでは、このような画素混合の後に、信号電荷の読み出しが間引き走査により行われる。

各画素２０の画素アンプ５８は、そのドレインが電源部Ｖｄｄに接続され、そのゲートがＦＤ５４に接続され、そのソースが選択トランジスタ６０のドレインに接続され、定電流源２６を負荷とするフォースフォロア回路を構成している。画素アンプ５８は、ＦＤ５４の電圧値に応じて、選択トランジスタ６０を介して垂直信号線２５に読み出し電流を出力する。選択トランジスタ６０は、選択パルス（駆動信号）φＳＥＬのハイレベル期間にオンし、画素アンプ５８のソースを垂直信号線２５に接続する。

本実施の形態では、各画素２０にはカラーフィルタは設けられておらず、固体撮像素子３は白黒用の撮像素子として構成されている。

図６は、図１中の固体撮像素子３の混合・間引き走査読み出しモード時の動作を示すタイミングチャートである。

本実施の形態では、混合・間引き走査読み出しモード時には、メカニカルシャッタ（図示せず）が所定の露光期間だけ開かれて各画素２０のフォトダイオード５１に電荷が蓄積された後、各画素ブロック４０の行が画素ブロック毎に一括して順次選択され、各画素ブロック４０の行について順次同じ動作が行われていく。図６は、主として、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの画素ブロック４０が選択され、引き続いて次の（ｎ＋Ａ）行目から（ｎ＋２Ａ−１）行目までの画素ブロック４０が選択された場合の動作を示している。図６では一部の行の駆動信号φＤＩＶ、φＲＥＳ、φＴＸ、φＳＥＬしか示していないが、本例では、同じ画素ブロック４０内の各行の画素の駆動信号φＤＩＶ、φＲＥＳ、φＴＸ、φＳＥＬは同一とされる。

期間Ｔ１は、（ｎ−Ａ）行目から（ｎ−１）行目までの画素ブロック４０の水平走査期間と、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの画素ブロック４０の各画素４０のリセット期間とを兼ねており、後述する期間Ｔ３に対応している。期間Ｔ１において、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までのリセットパルスφＲＥＳ及びパルスφＤＩＶがハイレベルとされ、また、それらの行の他の制御信号φＳＥＬ及びφＴＸをローレベルとすることで、画素アンプ５８のゲート電圧（ＦＤ５４の電位）をリセット電位にリセットする。

次に、期間Ｔ２において、垂直走査回路２１によりｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの画素ブロック４０が選択され、それらの行の選択パルスφＳＥＬがハイレベルに変化するとともにφＤＩＶがローレベルに変化する。これにより、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの選択トランジスタ６０がオンするとともに、それらの行の第１のスイッチ６１がオフする。混合・間引き走査読み出しモードでは、期間Ｔ２においても、他の期間と同様に、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までのリセットパルスφＲＥＳはハイレベルのままとされ、リセットスイッチ５９はオン状態に維持される。期間Ｔ２において、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの選択トランジスタ６０のオンにより、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの画素アンプ５８のソースは垂直出力線２５に接続される。そして、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの画素アンプ５８は、定電流源２６によってソースフォロア回路として動作する。

期間Ｔ２の開始時点から期間Ｔ１１の開始時点までの間に、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの画素ブロック４０のダークレベル（ＦＤ５４のリセット状態に対応してｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの画素アンプ５８から出力される信号）が、画素アンプ５８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプ（保存）される。このとき、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの各画素ブロック４０内の画素アンプ５８のゲートは、画素ブロック４０毎にリセットスイッチ５９を介して互いに電気的に接続されているので、各画素ブロック４０毎に全く同一の電位になっている。なお、本例では、期間Ｔ２において、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの選択トランジスタ６０の全てにハイレベルのφＳＥＬが入力されてオンにされているが、そのうちのどれか１つの行の選択トランジスタ６０にハイレベルのφＳＥＬが入力されていれば良いことは、言うまでもない。

なお、本例では、画素信号の混合に際して、相関２重サンプリングを行うために前記ダークレベルを取得しているが、相関２重サンプリングを行わない場合には、ダークレベルを取得する必要はない。

期間Ｔ１１において、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までのφＲＥＳ及びφＳＥＬがハイレベルでかつそれらの行のφＤＩＶがローレベルである状態のまま、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までのφＴＸがハイレベルにされてそれらの行の転送トランジスタ５５がオンにされる。これにより、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの各画素２０のフォトダイオード５１に蓄積されていた信号電荷が、転送トランジスタ５５を介して、当該画素２０のＦＤ５４（画素アンプ５８のゲート）に転送される。このとき、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの各画素ブロック４０内のＦＤ５４は、画素ブロック４０毎にリセットスイッチ５９を介して互いに電気的に接続されているため、当該画素ブロック４０内の画素２０のフォトダイオード５１に蓄積されていた信号電荷は、ＦＤ５４上で互いに混合されて平均化される。

そして、期間Ｔ１１の終了時に、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までのφＴＸがローにされてそれらの行の転送トランジスタ５５がオフにされる。

期間Ｔ１１の終了時点から期間Ｔ２の終了時点（期間Ｔ３の開始時点）までの間に、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの各画素ブロック４０毎に前述したように混合された平均化された信号電荷による電位変動が、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの各画素アンプ５８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。すなわち、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの各画素ブロック毎に混合されて平均化された信号電荷の信号読み出しが行われる。そして、ＣＤＳ回路２７によって、この混合されて平均化された信号電荷に関するこの信号と、先のダークレベルとの差分信号を取得することで、相関２重サンプリングを行い、所定の画素信号の混合データを取得する。

その後、期間Ｔ２の終了時点（期間Ｔ３の開始時点）において、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までのφＤＩＶがハイレベルにされてそれらの行の第１のスイッチ６１がオンにされ、それらの行のＦＤ５４のリセットが開始されるとともに、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までのφＳＥＬがローレベルとされてそれらの行の選択トランジスタ６０がオフにされ、それらの行の画素ブロック４０の選択が終了される。

期間Ｔ３は、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの画素ブロック４０に関する水平走査期間となっている。期間Ｔ３は、次の（ｎ＋Ａ）行目から（ｎ＋２Ａ−１）行目までの画素ブロック４０の各画素４０のリセット期間を兼ねている。次の画素ブロック４０以降も、ｎ行目から（ｎ＋Ａ−１）行目までの画素ブロック４０の場合と同様な動作が繰り返される。このようにして、すべての画素ブロック４０からの信号が読み出されると、混合・間引き走査読み出しモードを終了する。

このように、混合・間引き走査読み出しモードでは、単純に間引き走査のみが行われるのではなく、画素ブロック４０毎に画素混合が行われた後に間引き走査が行われる。したがって、固体撮像素子３の有効画素領域３１において不感帯を発生させることなく（すなわち、情報を欠落させることなく）、垂直方向の走査時間を最大１／Ａに短縮することが可能となる。

図７は、図１中の固体撮像素子３の非混合・全画素読み出しモード時の動作を示すタイミングチャートである。

本実施の形態では、非混合・全画素読み出しモード時には、メカニカルシャッタ（図示せず）が所定の露光期間だけ開かれて各画素２０のフォトダイオード５１に電荷が蓄積された後、各画素行が順次選択され、各画素行について順次同じ動作が行われていく。図７は、主として、ｎ行目の画素２０が選択され、引き続いて（ｎ＋１）行目の画素２０が選択された場合の動作を示している。本例では、非混合・全画素読み出しモードでは、常に、全行のφＤＩＶがハイレベルにされて全行の第１のスイッチ６１がオンにされた状態で、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様の動作を行う。

期間Ｔ２１は、（ｎ−１）行目の画素２０の水平走査期間と、ｎ行目の画素２０のリセット期間とを兼ねており、後述する期間Ｔ２３に対応している。期間Ｔ２１において、ｎ行目のφＲＥＳがハイレベルとされ、また、ｎ行目のφＳＥＬ及びφＴＸをローレベルとすることで、画素アンプ５８のゲート電圧（ＦＤ５４の電位）をリセット電位にリセットする。

次に、期間Ｔ２２において、垂直走査回路２１によりｎ行目の画素２０が選択され、ｎ行目のＲＥＳがローレベルに変化し、ｎ行目のリセットスイッチ５９がオフする。また、期間Ｔ２２において、ｎ行目のφＳＥＬがハイレベルに変化し、ｎ行目の選択トランジスタ６０がオンする。ｎ行目の選択トランジスタ６０のオンにより、ｎ行目の画素アンプ５８のソースは垂直出力線２５に接続される。そして、ｎ行目の画素アンプ５８は、定電流源２６によってソースフォロア回路として動作する。このとき、ｎ行目のリセットスイッチ５９がオフしているので、ｎ行目の各画素アンプ５８のゲート（ＦＤ５４）は、他の画素アンプ５８のゲート（ＦＤ５４）から電気的に分離されている。

期間Ｔ２２の開始時点から期間Ｔ３１の開始時点までの間に、ｎ行目の画素２０のダークレベル（ＦＤ５４のリセット状態に対応してｎ行目の画素アンプ５８から出力される信号）が、画素アンプ５８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプ（保存）される。このとき、ｎ行目の画素２０の画素アンプ５８のゲートは他の画素アンプ５８のゲートから電気的に分離されているので、ｎ行目の画素２０の画素アンプ５８のゲートはそれぞれ独立した個別の電位となっている。

期間Ｔ３１において、ｎ行目までのφＲＥＳがローレベルでφＳＥＬがハイレベルである状態のまま、ｎ行目のφＴＸがハイレベルにされてそれらの行の転送トランジスタ５５がオンにされる。これにより、ｎ行目の各画素２０のフォトダイオードに蓄積されていた信号電荷が、転送トランジスタ５５を介して、当該画素２０のＦＤ５４（画素アンプ５８のゲート）に転送される。このとき、ｎ行目の画素２０の画素アンプ５８のゲートは他の画素アンプ５８のゲートから電気的に分離されているため、当該画素２０のフォトダイオード５１に蓄積されていた信号電荷が、そのまま当該画素２０のＦＤ５４に転送されるのみで、他の画素２０の信号電荷と混合されるようなことはない。

そして、期間Ｔ３１の終了時に、ｎ行目のφＴＸがローにされてｎ行目の転送トランジスタ５５がオフにされる。期間Ｔ３１の終了時点から期間Ｔ２２の終了時点（期間Ｔ２３の開始時点）までの間に、ｎ行目の各画素２０のＦＤ５４に転送されて来た信号電荷（画素２０毎に独立した信号電荷）による電位変動が、ｎ行目の各画素２０から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７にクランプされる。すなわち、ｎ行目の各画素２０の独立した信号電荷の信号読み出しが行われる。そして、ＣＤＳ回路２７によって、この信号電荷に関するこの信号と、先のダークレベルとの差分信号を取得することで、相関２重サンプリングを行い、ｎ行目画素２０の画素信号を取得する。

その後、期間Ｔ２２の終了時点（期間Ｔ２３の開始時点）において、ｎ行目のφＲＥＳがハイにされてｎ行目のリセットスイッチ５９がオンにされ、ｎ行目のＦＤ５４のリセットが開始されるとともに、ｎ行目のφＳＥＬがローにされてｎ行目の選択トランジスタ５０がオフにされ、ｎ行目の画素行選択が終了される。

期間Ｔ２３は、ｎ行の画素２０に関する水平走査期間となっている。期間Ｔ２３は、次の（ｎ＋１）行目の画素２０のリセット期間を兼ねている。次の（ｎ＋１）行目以降もｎ行目と同様な動作が繰り返される。このようにして、すべての画素行からの信号が読み出されると、非混合・全画素読み出しモードを終了する。

非混合・全画素読み出しモードでは、前述したように、画素アンプ５８のゲート電圧（ＦＤ５４の電位）をリセットした後に、リセットスイッチ５９をオフにして、画素混合用連結配線３６や第１のスイッチ６１を画素アンプ５８のゲート側（ＦＤ５４側）から電気的に切り離した後に、フォトダイオード５１で発生した信号電荷の増幅動作を行う。したがって、本実施の形態によれば、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子に対して本実施の形態で付加した画素混合用連結配線３６や第１のスイッチ６１によって、画素２０の増幅ゲインの低下やノイズ増加などの悪影響を発生させることはない。

図８は、本実施の形態による電子カメラ１の動作の一例を示す概略フローチャートである。

撮影者は、操作部９ａを介して当該電子カメラ１の動作モードを決定する。本実施の形態による電子カメラ１の動作モードには、大別すると静止画撮影モードと動画撮影モードとがある。マイクロプロセッサ９は、いずれの撮影モードが選択されたかを判定し（ステップＳ１）、静止画撮影モードが選択されるとステップＳ２へ移行し、動画撮影モードが選択されるとステップＳ２１へ移行する。

まず、静止画撮影モードが選択された場合のステップＳ２以降の動作について、説明する。ステップＳ２において、マイクロプロセッサ９は、前述した混合・間引き走査読み出しモードを実現するように、撮像制御部４を介して、固体撮像素子３に指令を与える。これにより、前述した混合・間引き走査読み出しモードが実現され、固体撮像素子３からそのモードにより読み出された画像信号が出力され、その信号は信号処理部５及びＡ／Ｄ変換器６を経て画像データとしてメモリ７に一旦格納される（ステップＳ３）。前述した混合・間引き走査読み出しモードでは、前述したように間引き走査が行われるので、高速で画像データを取得できる。

その後、露光演算部１４は、ステップＳ３で得られた画像データ（すなわち、自動露光用測光データ）を元に最適な露光量を演算する。レンズ制御部２ａは、この露光量に応じた絞りとなるように撮影レンズ２の絞りを調整する。また、撮像制御部４は、露光演算部１４で得られた露光量に応じたシャッタ時間を設定する。これらにより、自動露光制御（ＡＥ）を実現する（ステップＳ４）。

また、焦点演算部は、固体撮像素子３とは別に設けられた焦点検出センサ（図示せず）からの信号に基づいて、デフォーカス量を演算する（ステップＳ５）。レンズ制御部２ａは、このデフォーカス量に応じて撮影レンズ２の焦点駆動を行い、撮影レンズ２を被写体に合焦させる。これらにより、自動焦点制御（ＡＦ）を実現する（ステップＳ５）。

次に、表示制御部１５は、ステップＳ３で得られた画像データをモニタ画像として、液晶表示部（ＬＣＤ）１６に表示させる（ステップＳ６）。

その後、撮影者は、ＬＣＤ１６に表示されている画像を確認しながら、所望のタイミングで操作部９ａのレリーズ釦を押す。マイクロプロセッサ９は、レリーズ釦が押されたか否かをモニタリングしており（ステップＳ７）、レリーズ釦が押されていない場合、ステップＳ３〜Ｓ６の動作を一定時間間隔で繰り返し行われるようにする。

レリーズ釦が押されると（ステップＳ７でＹＥＳの場合）、再び、ステップＳ３と同じく、混合・間引き走査読み出しモードにより画像データを得てメモリ７に一旦格納する（ステップＳ８）。この画像データに基づいて、ステップＳ４と同様のＡＥ動作（ステップＳ９）を行う。さらに、ステップＳ５と同様のＡＦ動作（ステップＳ１０）を行う。

次いで、マイクロプロセッサ９は、本撮影として、前述した非混合・全画素読み出しモードを実現するように、撮像制御部４を介して、固体撮像素子３に指令を与える（ステップＳ１１）。これにより、前述した非混合・全画素読み出しモードが実現され、固体撮像素子３からそのモードにより読み出された画像信号が出力され、その信号は信号処理部５及びＡ／Ｄ変換器６を経て画像データとしてメモリ７に一旦格納される（ステップＳ１２）。

その後、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａの指令に基づき、必要に応じて画像処理部１３や画像圧縮部１２にて所望の処理を行い、記録部１１に処理後の信号を出力させ記録媒体１１ａに記録する（ステップＳ１３）。これにより、一連の動作を終了する。

次に、動画撮影モードが選択された場合のステップＳ２１以降の動作について、説明する。ステップＳ２１〜Ｓ２５の動作は、ステップＳ２〜Ｓ６の動作と同一である。

その後、撮影者は、ＬＣＤ１６に表示されている画像を確認しながら、動画撮影を開始させるべく、所望のタイミングで操作部９ａのレリーズ釦を押す。マイクロプロセッサ９は、レリーズ釦が押されたか否かをモニタリングしており（ステップＳ２６）、レリーズ釦が押されていない場合、ステップＳ２１〜Ｓ２５の動作を一定時間間隔で繰り返し行われるようにする。

レリーズ釦が押されると（ステップＳ２６でＹＥＳの場合）、再び、ステップＳ３，Ｓ２２と同じく、混合・間引き走査読み出しモードにより画像データを得てメモリ７に一旦格納する（ステップＳ２７）。その後、混合・間引き走査読み出しモードにより最新に得られた画像データに基づいて、ステップＳ４，Ｓ２３と同様のＡＥ動作（ステップＳ２８）を行う。さらに、ステップＳ５，Ｓ２４と同様のＡＦ動作（ステップＳ２９）を行う。

引き続いて、再び、ステップＳ３，Ｓ２２，Ｓ２７と同じく、混合・間引き走査読み出しモードにより画像データを得てメモリ７に一旦格納する（ステップＳ３０）し、記録部１１はこの画像を動画像として記録媒体１１ａに記録していく（ステップＳ３１）。その後、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａから動画撮影終了の指令が得られたか否かを判定し（ステップＳ３２）、その指令がなければステップＳ２８へ戻る一方、その指令があれば一連の動作を終了する。

以上説明した動作例では、ステップＳ４，Ｓ９，Ｓ２３，Ｓ２８のＡＥ動作において、混合・間引き走査読み出しモードによる固体撮像素子３からの画像（測光データ）が用いられ、固体撮像素子３がＡＥセンサの機能を果たすので、個別のＡＥセンサや、これらセンサの為の光学部品を取り付ける必要がないため、電子カメラ１を小型化することができる。本実施の形態で用いられている固体撮像素子３は、前述したように、不感帯を発生させること無く間引き走査による高速な読み出しを行うことができるため、固体撮像素子を用いたＡＥ動作を行う際にも有用である。

また、本実施の形態で用いられている固体撮像素子３は、不感帯を発生させること無く間引き走査を行うことができるので、正確かつ高速な画像取得が可能である。したがって、前述した動作例では、混合・間引き走査読み出しモードによる固体撮像素子３からの画像データを、ステップＳ６，Ｓ２５のＬＣＤ１６への表示データや、ステップＳ３１の動画像記録の画像データとして用いているので、好ましい。特に、本実施の形態による電子カメラ１では、静止画撮影と動画撮影とを兼用しているので、一般的に高分解能を要求される静止画の撮影時には画素を間引くこと無く撮影を行い、また、動画撮影時には動画の表示装置の解像度に適した形で過不足なく間引き走査を行うことができるように前述した１つの画素ブロック４０の垂直方向の画素数Ａ（すなわち、間引き間隔Ａ）を適宜設定しておくことで、不感帯を発生させることなく高速に読み出し動作を行わせることができる。

前述した動作例の説明では、ステップＳ４，Ｓ９，Ｓ２３，Ｓ２８のＡＥ動作を、昼間のような明るい環境下において固体撮像素子３の出力からシャッター時間と絞りを決定するものとして説明した。例えば、夜間の様な暗い環境下においてストロボ発光により撮影する場合には、ストロボ１８の本発光前に、ストロボ発光制御部１７はストロボ１８をプリ発光させる。例えば、撮像制御部４はそのプリ発光時に、ステップＳ８の混合・間引き走査読み出しモードによる画像取得を行い、ステップＳ９のＡＥ動作において、その取得データに基づいて露光演算部１４が最適な露光量を演算し、レンズ制御部２ａがこの露光量に応じた絞りとなるように撮影レンズ２の絞りを調整するとともに、撮像制御部４は露光演算部１４で得られた露光量に応じたシャッタ時間を設定し、露光演算部１４はこの露光量に応じたストロボ１８の調光情報をストロボ発光制御部１７に供給する。そして、ステップＳ１２において、ストロボ発光制御部１７は、その調光情報に応じた調光状態となるようにストロボ１８を本発光させ、その本発光時に、非混合・全画素読み出しモードが実現され、固体撮像素子３からそのモードにより読み出された画像信号が出力され、その信号は信号処理部５及びＡ／Ｄ変換器６を経て画像データとしてメモリ７に格納される。

ところで、本実施の形態では、前述したように、各画素２０にはカラーフィルタは設けられておらず、固体撮像素子３は白黒用の撮像素子として構成されている。したがって、混合・間引き走査読み出しモードにおいて信号電荷が混合される１つの画素ブロック４０内の画素２０が、垂直方向に１列に連続して並んだＡ個の画素２０であるにも拘わらず、ＬＣＤ１６への表示や動画記録の際に、異なる色の信号電荷の混合に起因する混色という問題は生じない。ところが、本実施の形態において、そのままの画素ブロック４０の構成で、カラー化するべく各画素２０に各画素２０にベイヤー配列等に従ったカラーフィルタを設けると、異なる色の信号電荷の混合に起因する混色という問題が生じてしまう。したがって、そのような方法でカラー化すると、混合・間引き走査読み出しモードで得られるデータは、画像データとしては用いることができず、ステップＳ６，Ｓ２５のＬＣＤ１６への表示のためのデータや、ステップＳ３１の動画像記録のための画像データとして用いことはできない。ただし、このようにカラー化しても、自動露光用データとしては異なる色の信号電荷を混合したものであっても支障がないため、混合・間引き走査読み出しモードで得られるデータは、ステップＳ４，Ｓ９，Ｓ２３，Ｓ２８のＡＥ動作で用いることができる。なお、カラー化した場合にＡＥ動作のみならず画像データとしても用いることができるように構成した固体撮像素子の例を、後に他の実施の形態として説明する。

以上説明したように、本実施の形態で用いられている固体撮像素子３によれば、画素混合機能を実現して、固体撮像素子３の有効画素領域３１において不感帯を発生させることなく（すなわち、情報を欠落させることなく）、走査時間を短縮して高速な読み出しが可能となる。そして、この固体撮像素子３では、画素混合用連結配線３６により互いに接続する画素２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａを任意に定めるだけで、混合すべき画素２０のグループを設定することができる。したがって、混合すべき画素のグループの設計時の設定や変更を極めて容易に行うことができる。

なお、本実施の形態では、垂直方向のみで画素２０をブロック化（グループ化）したが、同様の方法で、水平方向や、水平・垂直方向の組み合わせにも画素２０をグループ化することで、走査時間を短縮することが可能であることは言うまでもない。図９に、図１中の固体撮像素子３のそのような変形例を示す。図９は、図１中の固体撮像素子３の変形例に係る固体撮像素子の画素ブロック４１を、画素混合用連結配線３６による接続関係に着目して抽象化して示す回路図であり、図５に対応している。図９に示す変形例では、図５中の水平方向に隣り合う２つの画素ブロック４０の全ての画素２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａが、互いに電気的に接続され、これにより、当該２つの画素ブロック４０が１つの画素ブロック４１に統合されている。

なお、固体撮像素子３から混合・間引き走査読み出しモードで得られるデータを自動露光用データとしてのみ用いるような場合において、有効画素領域３１における周辺側の領域のデータを自動露光用データとして用いないような場合には、当該周辺側の領域の画素２０は、必ずしもブロック化しておく必要がない。したがって、このようにブロック化しておく必要がない画素２０については、当該画素２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａを他の画素２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａと画素混合用連結配線３６で接続せずに、当該画素２０から第１のスイッチ６１を除去し、当該画素のリセットスイッチ５９の第１の端部ａを電源部Ｖｄｄに直接接続しておいてもよい。すなわち、ブロック化しておく必要がない画素２０については、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子の画素構造をそのまま採用してもよい。

［第２の実施の形態］

図１０は、本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロック４０を示す回路図であり、図４に対応している。図１０において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、各画素ブロック４０において、１つの画素２０（図１０では、ｎ行目の画素２０）を除く残りの全ての画素２０において、当該画素２０から第１のスイッチ６１を除去した点のみである。これらの第１のスイッチ６１を除去した画素２０においては、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子の画素構造とは異なり、当該画素２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａは直接的には電源部Ｖｄｄに電気的に接続されていない。

本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態で説明した図６及び図７に示す駆動シーケンスと同様の駆動シーケンスにより駆動することができる。本実施の形態によっても前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

なお、各画素ブロック４０内において少なくとも１つの画素２０が第１のスイッチ６１を有していれば、当該画素ブロック４０内において第１のスイッチ６１を除去する画素２０の数は何ら限定されるものではない。

［第３の実施の形態］

図１１は、本発明の第３の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロック４２を、画素混合用連結配線３６による接続関係に着目して抽象化して示す回路図であり、図５に対応している。図１１において、図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。

本実施の形態では、各画素２０の回路構成は、前記第１の実施の形態の場合と同じであるが、各画素２０には、そのフォトダイオード５１の光入射側にカラーフィルタ（図示せず）が設けられている。本実施の形態では、カラーフィルタの組み合わせとしてＲ、Ｇ、Ｂを用いる系が採用され、ベイヤー配列が採用されている。もっとも、ストライプ配列などを採用してもよいし、また、補色系（例えば、マゼンタ、グリーン、シアン及びイエローを用いる系）を採用してもよい。図１１では、赤色カラーフィルタが設けられた画素２０にはＲを付し、緑色カラーフィルタが設けられた画素２０にはＧを付し、青色カラーフィルタが設けられた画素２０にはＢを付している。この点は、カラー化した後述の各実施の形態についても同様である。

本実施の形態では、固体撮像素子の有効画素領域は、マトリクス状に配置された画素ブロック４２に分けられている。各画素ブロック４２は、図１１に示すように、６×２個の画素２０からなる。本実施の形態では、同じ垂直方向の列において１画素置きに隣接する３個の同色の画素２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａが、互いに、画素混合用連結配線３６によって電気的に接続されている。このように、本実施の形態では、各色毎に、垂直方向に１画素置きに並んだ３個の画素２０ずつ、信号電荷を混合し得るグループとしてグループ化されている。なお、図１１から理解できるように、画素ブロック４２は、信号電荷を混合し得る画素のグループを意味する訳ではなく、画素混合用連結配線３６による接続状態を加味した画素パターンの繰り返し単位を意味しているにすぎない。

本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態で説明した図６及び図７に示す駆動シーケンスと基本的には同様の駆動シーケンスにより駆動することができる。本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

さらに、本実施の形態によれば、各画素２０が色毎に信号電荷を混合し得るグループとしてグループ化されているので、混合・間引き走査読み出しモードにおいても異なる色の信号電荷が混合されることがなくなり、混合・間引き走査読み出しモードで得られるデータは、自動露光用データとして用いることができるのみならず、画像データとして用いることができる。

［第４の実施の形態］

図１２は、本発明の第４の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロック４３を、画素混合用連結配線３６による接続関係に着目して抽象化して示す回路図であり、図５に対応している。図１２において、図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。

本実施の形態では、各画素２０の回路構成は、前記第１の実施の形態の場合と同じであるが、各画素２０には、そのフォトダイオード５１の光入射側にベイヤー配列に従ったカラーフィルタ（図示せず）が設けられている。本実施の形態では、固体撮像素子の有効画素領域は、マトリクス状に配置された画素ブロック４３に分けられている。各画素ブロック４３は、図１２に示すように、４×４個の画素２０からなる。本実施の形態では、垂直方向及び水平方向に最も近い２×２個の同色の画素２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａが、互いに、画素混合用連結配線３６によって電気的に接続されている。このように、本実施の形態では、各色毎に、２×２個の画素２０ずつ、信号電荷を混合し得るグループとしてグループ化されている。なお、図１２から理解できるように、画素ブロック４３は、信号電荷を混合し得る画素のグループを意味する訳ではなく、画素混合用連結配線３６による接続状態を加味した画素パターンの繰り返し単位を意味しているにすぎない。

本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態で説明した図６及び図７に示す駆動シーケンスと基本的には同様の駆動シーケンスにより駆動することができる。本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる。

さらに、本実施の形態によれば、各画素２０が色毎に信号電荷を混合し得るグループとしてグループ化されているので、混合・間引き走査読み出しモードにおいても異なる色の信号電荷が混合されることがなくなり、混合・間引き走査読み出しモードで得られるデータは、自動露光用データとして用いることができるのみならず、画像データとして用いることができる。

［第５の実施の形態］

図１３は、本発明の第５の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロック４４を示す回路図であり、図４に対応している。図１４は、図１３に示す回路図を、画素混合用連結配線１３６，１３７による接続関係に着目して抽象化して示したものであり、図５に対応している。図１３及び図１４において、図４及び図５中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。

本実施の形態では、各画素２０に代えて、それぞれ画素１２０が設けられている。画素１２０が画素２０と異なる所は、２つの第２のスイッチ８１，８２が追加されている点のみである。本実施の形態では、第２のスイッチ８１，８２は、ｎＭＯＳトランジスタである。第２のスイッチ８１の第１の端部ｃ１及び第２のスイッチ８２の第１の端部ｃ２はそれぞれ、リセットスイッチ５９の第１の端部ａに電気的に接続されている。図面には示していないが、各第２のスイッチ８１のゲートは、画素行ごとに共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線１８１を介して駆動信号φＪ１が供給される。各第２のスイッチ８２のゲートは、画素行ごとに共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線１８２を介して駆動信号φＪ２が供給される。本実施の形態では、第２のスイッチ８１，８２は、リセットスイッチ５９の第１の端部ａの接続先を選択する機能を有している。

本実施の形態では、固体撮像素子の有効画素領域は、マトリクス状に配置された画素ブロック４４に分けられている。各画素ブロック４４は、図１３に示すように、垂直方向（列方向）に１列に並んだ４個の画素１２０からなる。各画素ブロック４４において、４個の画素１２０の第２のスイッチ８１の第２の端部ｄ１が、互いに、画素混合用連結配線１３６によって直接的に電気的に接続されている。また、各画素ブロック４４において、図１３中の上側の２つの第２のスイッチ８２の第２の端部ｄ２が、互いに、画素混合用連結配線１３７によって直接的に電気的に接続されている。さらに、各ブロック４４において、図１３中の下側の２つの第２のスイッチ８２の第２の端部ｄ２が、互いに、画素混合用連結配線１３７によって直接的に電気的に接続されている。

以上の説明からわかるように、例えば、各画素ブロック４４において、図１３中の上側から１番目の画素１２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａは、それぞれ２つの第２のスイッチ８１を介して、残りの３つの画素１２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａに電気的に接続されている。また、例えば、各画素ブロック４４において、図１３中の上側から１番目の画素１２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａは、２つの第２のスイッチ８２を介して、２番目の画素１２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａに電気的に接続されている。

本実施の形態では、混合・間引き走査読み出しモードとして、画素混合用連結配線１３６で第２のスイッチ８１が互いに接続されている４個の画素１２０の信号電荷を混合して間引き走査により読み出す４画素混合・間引き走査読み出しモード、及び、画素混合用連結配線１３７で第２のスイッチ８２が互いに接続されている２個の画素１２０の信号電荷を混合して間引き走査により読み出す２画素混合・間引き走査読み出しモードの、両モードを任意に切り替えて行うことができる。

図１５は、本実施の形態における固体撮像素子の４画素混合・間引き走査読み出しモードを示すタイミングチャートである。

４画素混合・間引き走査読み出しモードでは、常に、全行のφＪ１がハイレベルにされて全行の第２のスイッチ８１がオンにされるとともに、全行のφＪ２がローレベルにされて全行の第２のスイッチ８２がオフにされた状態とされる。そして、４画素混合・間引き走査読み出しモードでは、図１５中の期間Ｔ４１〜Ｔ４５において、図６中の期間Ｔ１〜Ｔ５の動作にそれぞれ相当する動作を行う。４画素混合・間引き走査読み出しモードの動作説明として、図６に関する説明をＡ＝４として読み替えられたい。

図１６は、本実施の形態における固体撮像素子の２画素混合・間引き走査読み出しモードを示すタイミングチャートである。

２画素混合・間引き走査読み出しモードでは、常に、全行のφＪ１がローレベルにされて全行の第２のスイッチ８１がオフにされるととも、に全行のφＪ２がハイレベルにされて全行の第２のスイッチ８２がオンにされた状態とされる。そして、２画素混合・間引き走査読み出しモードでは、図１５中の期間Ｔ５１〜Ｔ５５において、図６中の期間Ｔ１〜Ｔ５の動作にそれぞれ相当する動作を行う。２画素混合・間引き走査読み出しモードの動作説明として、図６に関する説明をＡ＝２として読み替えられたい。

なお、非混合・全画素読み出しモードでは、常に、全行の第１のスイッチ６１がオンにされるとともに全行の第２のスイッチ８１，８２がオフにされた状態で、前記第１の実施の形態において図７を参照して説明したのと同様の動作を行えばよい。

本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態と同様の利点が得られる他、混合・間引き走査読み出しモードに関して、混合すべき画素１２０のグループを変更することができ、用途や場面等に応じてより適切な混合パターンを実現することができるという利点も得られる。

本実施の形態では、４画素混合・間引き走査読み出しモード及び２画素混合・間引き走査読み出しモードを行うことができるように構成されていたが、これに限らず、各画素１２０の第２のスイッチ８１，８２の第２の端部ｄ１，ｄ２の結線パターンを種々に変更することで、様々な混合・間引き走査読み出しモードを行うことができる。また、本実施の形態では、１つの画素のリセットスイッチ５９の第１の端部ａに２つの第２のスイッチ８１，８２を接続しているが、その端部ａに３つ以上の第２のスイッチを接続すれば、混合・間引き走査読み出しモードの選択可能な種類を増大させることもできる。

なお、各画素ブロック４４において、例えば、図１３中の上側から１番目の画素１２０の第２のスイッチ８２を取り除き、図１３中の上側から１番目の画素１２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａを２番目の画素１２０の第２のスイッチ８２の第２の端部ｄ２に電気的に接続しても、前述した動作を実現することができる。

また、各画素ブロック４４において、前記第２の実施の形態と同様に、図１３中の上側から２番目の画素１２０及び３番目の画素１２０において、第１のスイッチ６１を除去しても、前述した動作を実現することができる。これらの画素１２０においては、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子の画素構造とは異なり、当該画素１２０のリセットスイッチ５９の第１の端部ａは直接的には電源部Ｖｄｄに電気的に接続されていないことになる。

［第６の実施の形態］

図１７は、本発明の第６の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロック４５を、画素混合用連結配線１３６，１３７による接続関係に着目して抽象化して示す回路図であり、図１４に対応している。図１７において、図１４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第５の実施の形態と異なる所は、以下に説明する点のみである。

本実施の形態では、各画素１２０の回路構成は、前記第５の実施の形態の場合と同じであるが、各画素１２０には、そのフォトダイオード５１の光入射側にベイヤー配列に従ったカラーフィルタ（図示せず）が設けられている。本実施の形態では、カラーフィルタの組み合わせとしてＲ、Ｇ、Ｂを用いる系が採用され、ベイヤー配列が採用されている。

本実施の形態では、固体撮像素子の有効画素領域は、マトリクス状に配置された画素ブロック４５に分けられている。各画素ブロック４５は、図１７に示すように、８×２個の画素１２０からなる。各画素ブロック４５において、各画素１２０の第２のスイッチ８１，８２の第２の端部ｄ１，ｄ２が、図１７に示すように、画素混合用連結配線１３６，１３７によって、色毎に電気的に接続されている。

本実施の形態によっても、前記第５の実施の形態で説明した駆動シーケンスと基本的には同様の駆動シーケンスにより駆動することができる。本実施の形態によっても、前記第５の実施の形態と同様の利点が得られる。

さらに、本実施の形態によれば、各画素１２０が色毎に信号電荷を混合し得るグループとしてグループ化されているので、混合・間引き走査読み出しモードにおいても異なる色の信号電荷が混合されることがなくなり、混合・間引き走査読み出しモードで得られるデータは、自動露光用データとして用いることができるのみならず、画像データとして用いることができる。

以上、本発明の各実施の形態及びその変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。

例えば、前記各実施の形態は、各画素がそれぞれ画素アンプ５８、ＦＤ５４、選択トランジスタ６０及びリセットスイッチ５９を１組ずつ有する固体撮像素子に、本発明を適用した例であった。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、複数の画素が１組の画素アンプ５８、ＦＤ５４、選択トランジスタ６０及びリセットスイッチ５９を共有する固体撮像素子にも、適用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る電子カメラ１を示す概略ブロック図である。 図１中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。 図１中の固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。 図１中の固体撮像素子の画素ブロックを示す回路図である。 図４に示す回路図を抽象化して示した回路図である。 図１中の固体撮像素子の混合・間引き走査読み出しモード時の動作を示すタイミングチャートである。 図１中の固体撮像素子の非混合・全画素読み出しモード時の動作を示すタイミングチャートである。 図１に示す電子カメラの動作の一例を示す概略フローチャートである。 図１中の固体撮像素子の変形例に係る固体撮像素子の画素ブロックを抽象化して示す回路図である。 本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロックを示す回路図である。 本発明の第３の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロックを抽象化して示す回路図である。 本発明の第４の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロックを抽象化して示す回路図である。 本発明の第５の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロックを示す回路図である。 図１３に示す回路図を抽象化して示す回路図である。 本発明の第５の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の４画素混合・間引き走査読み出しモードを示すタイミングチャートである。 本発明の第５の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の２画素混合・間引き走査読み出しモードを示すタイミングチャートである。 本発明の第６の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子の画素ブロックを抽象化して示す回路図である。

符号の説明

５１ フォトダイオード
５４ フローティングディフュージョン（ＦＤ）
５５ 転送トランジスタ
５８ 画素アンプ
５９ リセットスイッチ
６０ 選択トランジスタ
６１ 第１のスイッチ
８１，８２ 第２のスイッチ
Ｖｄｄ 電源部

Claims (13)

1. 入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、
   前記複数の画素のうちの２つ以上の画素の前記信号電荷の混合時に、前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部を、互いに電気的に接続された状態であって前記電源部から電気的に切り離なされた状態にし得るように、構成されたことを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記複数の画素が複数のグループに分けられてそのグループ毎に異なる色のカラーフィルタが設けられ、
   前記２つの以上の画素は、同じ色のカラーフィルタが設けられた画素であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
3. 入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、
   前記複数の画素のうちの２つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部と、前記電源部との間に、第１のスイッチがそれぞれ設けられ、
   前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部が、互いに、第２のスイッチを介することなくあるいは第２のスイッチを介して電気的に接続されたことを特徴とする固体撮像素子。
4. 入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、
   前記複数の画素のうちの２つ以上の画素のうちの１つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部と、前記電源部との間に、第１のスイッチが設けられ、
   前記２つ以上の画素のうちの残りの画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部は、前記電源部に電気的に接続されておらず、
   前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部が、互いに、第２のスイッチを介することなくあるいは第２のスイッチを介して電気的に接続されたことを特徴とする固体撮像素子。
5. 入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、
   前記複数の画素のうちの２つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部と、前記電源部との間に、第１のスイッチがそれぞれ設けられ、
   前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部にそれぞれ、１つ以上の第２のスイッチの第１の端部が電気的に接続され、
   前記各第２のスイッチの第２の端部は、当該第２のスイッチが電気的に接続された前記リセットスイッチとは異なる前記リセットスイッチに電気的に接続された前記第２のスイッチの第２の端部に、電気的に接続されたことを特徴とする固体撮像素子。
6. 入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部、及び、前記電荷電圧変換部の電位を電源部から供給される所定のリセット電位にリセットするリセットスイッチを有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、
   前記複数の画素のうちの２つ以上の画素のうちの１つ以上の画素の前記リセットスイッチにおける前記電荷電圧変換部とは反対側の第１の端部と、前記電源部との間に、第１のスイッチが設けられ、
   前記２つ以上の画素のうちの残りの画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部は、前記電源部に電気的に接続されておらず、
   前記２つ以上の画素の前記リセットスイッチの前記第１の端部にそれぞれ、１つ以上の第２のスイッチの第１の端部が電気的に接続され、
   前記各第２のスイッチの第２の端部は、当該第２のスイッチが電気的に接続された前記リセットスイッチとは異なる前記リセットスイッチに電気的に接続された前記第２のスイッチの第２の端部に、電気的に接続されたことを特徴とする固体撮像素子。
7. 前記２つ以上の画素のうちの少なくとも１つの画素と当該画素の前記リセットスイッチに前記第２のスイッチを介して電気的に接続されたリセットスイッチを有する画素とからなる第１のグループ、及び、前記２つ以上の画素のうちの他の少なくとも１つの画素と当該画素の前記リセットスイッチに前記第２のスイッチを介して電気的に接続されたリセットスイッチを有する画素とからなる第２のグループに関して、前記第１のグループに属する少なくとも１つの画素は前記第２のグループには属しない、ことを特徴とする請求項５又は６記載の固体撮像素子。
8. 前記複数の画素が複数のグループに分けられてそのグループ毎に異なる色のカラーフィルタが設けられ、
   前記複数の画素のうち、前記リセットスイッチの前記第１の端部が互いに前記第２のスイッチを介することなく又は前記第２のスイッチを介して電気的に接続された画素は、同じ色のカラーフィルタが設けられた画素であることを特徴とする請求項３乃至７のいずれかに記載の固体撮像素子。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像素子と、
   前記複数の画素のうちの２つ以上の画素でそれぞれ発生した電荷が混合されて当該混合された電荷に応じた信号が読み出されるように、前記固体撮像素子を制御する制御手段と、
   を備えたことを特徴とする電子カメラ。
10. 前記混合された電荷に応じた前記信号に基づいて、自動露光制御を行うことを特徴とする請求項９記載の電子カメラ。
11. 前記混合された電荷に応じた前記信号を、動画情報として記録部に記録することを特徴とすることを特徴とする請求項９記載の電子カメラ。
12. 前記混合された電荷に応じた前記信号を、表示部に動画又は静止画として表示するための表示データとして用いることを特徴とする請求項９記載の電子カメラ。
13. 請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像素子と、
    ストロボの本発光前のプリ発光中に前記複数の画素のうちの２つ以上の画素でそれぞれ発生した電荷が混合されて当該混合された電荷に応じた信号が読み出されるように、前記固体撮像素子を制御する制御手段と、
    を備え、
    前記混合された電荷に応じた前記信号に基づいて、前記ストロボの本発光時の自動露光制御を行うことを特徴とする電子カメラ。

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