JP2005057471A - 固体撮像装置及びそれを用いたカメラ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、垂直及び水平シフトレジスタ制御信号を操作することにより、画素を間引きながらエリア読み出しを行うことで、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えることを可能とし、更には高速なエリア読み出しを可能とする。
【解決手段】本発明は、２次元配列された複数の画素２を有している画素間トリックス１と、該画素の信号の読み出しを行うための水平シフトレジスタ８及び垂直シフトレジスタ４とからなるＸＹアドレス型の固体撮像装置であり、上記各シフトレジスタ４，８は、順次走査シフトレジスタ部４−１，８−１と、間引き走査シフトレジスタ４−２，８−２とを有し、各制御信号の組み合わせにより、１フレーム内で順次と間引きの組み合わせを任意に行い、画素信号を読み出すことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、シフトレジスタを備えた固体撮像装置等に係り、特に順次走査と間引き走査を組み合せた読み出し、更には任意エリアの読み出しの組み合わせを可能とするシフトレジスタを備えた固体撮像装置及びそれを用いたカメラに関する。

従来、任意の位置から所定単位で走査させることが可能なシフトレジスタ及びそれを用いた固体撮像装置に関して種々の技術が開示されている。

例えば、特許文献１では、間引き走査を実現することができる固体撮像装置として、複数のシフトレジスタユニットを有する単位段を複数個直列接続して構成したシフトレジスタを備えた固体撮像装置が開示されている。

さらに、特許文献２では、任意の位置から走査を開始することができるシフトレジスタとして、単位段のシフトレジスタユニットに当該シフトレジスタユニットの出力を記憶する記憶部を備えたシフトレジスタが開示されている。
特開平９−１６３２４５号公報 特開平６−３５０９３３号公報

しかしながら、上記固体撮像装置では、間引き走査については記載されているが、順次走査と間引き走査を組み合わせた読み出しについては何等記載されていない。また、固体撮像装置にオートフォーカスや自動露出等の機能を付加する場合には、回路構成を変えることなく目的に応じた読出し方式を選択できることが求められる。更に、任意エリアの読み出しについては、そのフレームレートは読み出されるエリアの画素数に依存する為、所望の領域に対応する読み出し速度には限界があるといった問題も生じ得る。

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、垂直シフトレジスタ制御信号及び水平シフトレジスタ制御信号を操作することにより、画素を間引きながらエリア読み出しを行うことで、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えることを可能とし、更には高速なエリア読み出しを可能とすることにある。

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を有している固体撮像素子と、該画素の信号の読み出しを行うための水平及び垂直走査回路とからなるＸＹアドレス型の固体撮像装置において、上記各走査回路は、第１の走査制御信号により、順次に画素信号の読み出しを行うための順次走査回路と、上記第１の走査信号とは異なる第２の走査制御信号により、間引いて画素信号の読み出しを行うための間引き走査回路とを有し、上記各走査制御信号の組み合わせにより、１フレーム内で順次と間引きの組み合わせを任意に行い、画素信号を読み出すことを特徴とする固体撮像装置が提供される。この第１の態様によれば、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えることが可能となり、更には高速なエリア読み出しが可能となる。

本発明の第２の態様では、上記第１の態様において、上記各走査回路は、任意の行又は列から走査を開始するための走査駆動手段と、任意の行又は列で走査を停止するための走査停止手段とを有し、１フレーム内で任意のエリアを読み出すことを特徴とする固体撮像装置が提供される。この第２の態様によれば、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えることが可能となり、更には高速なエリア読み出しが可能となる。

本発明の第３の態様では、上記第１又は第２の態様において、上記各走査回路は、単位段のシフトレジスタ回路を多段に接続して構成され、各シフトレジスタ回路は、異なるクロックにより情報を伝達する複数の情報伝達部を更に有することを更に特徴とする固体撮像装置が提供される。本発明の第４の態様では、上記第１又は第２の態様において、上記各走査回路は、単位段のシフトレジスタ回路を多段に接続して構成され、各シフトレジスタ回路は、異なるクロックにより情報を伝達する複数の情報伝達部と、各シフトレジスタ回路の出力を記憶する記憶部を更に有することを更に特徴とする固体撮像装置が提供される。本発明の第５の態様では、上記第３又は第４の態様において、上記情報伝達部は、クロック型インバータであることを更に特徴とする固体撮像装置が提供される。この第３乃至第５の態様によれば、簡易な構成で、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えることが可能となり、更には高速なエリア読み出しが可能となる。

そして、本発明の第６の態様では、２次元に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、第１の走査制御信号により順次に画素信号の読み出しを行うための順次走査回路と、上記第１の走査信号とは異なる第２の走査制御信号により間引いて画素信号の読み出しを行うための間引き走査回路とを有する水平及び垂直走査回路と、上記第１の走査制御信号及び第２の走査制御信号を出力する走査制御部と、所定のモードに切換えるモード切換部と、上記モード切換部の設定に基づいて、上記第1及び第２の走査制御信号の組み合わせにより、１フレーム内で順次と間引きの組み合わせを任意に行い、画素信号を読み出すことを特徴とするカメラが提供される。この第６の態様によれば、モードに応じた読み出しを行うことができる。本発明の第７の態様では、上記第６の態様において、上記各走査回路は、任意の行又は列から走査を開始するための走査駆動手段と、任意の行又は列で走査を停止するための走査停止手段とを有し、１フレーム内で任意のエリアを読み出すことを特徴とするカメラが提供される。この第６の態様によれば、モードに応じた読み出しを行うことができる。

本発明によれば、垂直シフトレジスタ制御信号及び水平シフトレジスタ制御信号を操作することにより、順次走査と間引き走査の組み合わせによる読み出し、或いは画素を間引きながらのエリア読み出しを行うことで、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えることを可能とし、更には高速なエリア読み出しを可能とするシフトレジスタを備えた固体撮像装置及びそれを用いたカメラを提供することができる。

先ず、図1及び図２を参照して、本発明の基礎となる、複数のシフトレジスタユニットを有する単位段を複数個直列接続して構成して順次走査と間引き走査を実施するシフトレジスタを備えた固体撮像装置について、その概要を説明する。

図１には、本発明の基礎となる固体撮像装置の概略構成を示し説明する。

この図１に示されるように、画素マトリックス１は、複数の画素２が２次元状に配列されて構成されている。垂直シフトレジスタ制御信号５に基づいて駆動する垂直シフトレジスタ４は、順次走査シフトレジスタ部４−１、間引き走査シフトレジスタ部４−２で構成されている。この垂直シフトレジスタ４は、垂直選択回路３と接続されている。

一方、水平シフトレジスタ制御信号に基づいて駆動する水平シフトレジスタ８は、順次走査シフトレジスタ部８−１、間引き走査シフトレジスタ部８−２で構成されている。この水平シフトレジスタ８は、水平選択回路６と接続されている。以上のほか、符号７は画素信号を出力するアンプである。

次に、図２には、図１に示した固体撮像装置の一部を構成するシフトレジスタ４，８の構成例を更に具現化して示し説明する。

この図２に示されるように、シフトレジスタ４，８は、単位段のシフトレジスタ回路２４を複数直列接続して構成されている。そして、単位段のシフトレジスタ回路２４は、それぞれ駆動クロックφ１，φ２，φ３により情報を伝達する情報伝達部２１−１，２１−２，２１−３が図示の如く接続され、構成されている。この情報伝達部２１−１，２１−２，２１−３としては、例えばクロック型インバータ等を採用する。

単位段のシフトレジスタ回路２４においては、情報伝達部２１−１，２１−２を従属接続して第１のシフトレジスタユニット２２が構成され、当該第１のシフトレジスタユニット２２と入力を共有し１以上の後段の単位段の第１のシフトレジスタユニットに出力を成すように接続された第２のシフトレジスタユニット２３が構成されている。

以下、図３及び図４のタイミングチャートを参照して、図２のように構成されたシフトレジスタ４，８の駆動方法について詳細に説明する。

尚、以下の説明では、各情報伝達部、シフトレジスタユニットが何段目の単位段のシフトレジスタ回路に相当するか区別するときには括弧書きの符号を用いる。

例えば、１段目の単位段であれば、シフトレジスタ回路２４（１）、情報伝達部２１−１（１），２１−２（１），２１−３（１）、第１のシフトレジスタユニット２２（１）、第２のシフトレジスタユニット２３（１）の如くである。

先ず、図３のタイミングチャートを参照して、順次走査について説明する。

図３において、時刻ｔ₀ に入力パルスＳＲ＿ＳＴが第１のシフトレジスタ回路２４（１）に印加されると、それと同時にクロックφ２が“Ｈ”レベルの時に、第１のシフトレジスタ回路２４（１）の第１のシフトレジスタユニット２２（１）を構成する情報伝達部２１−２（１）により信号が情報伝達部２１−１（１）に伝達される。

続く時刻ｔ₁ では、クロックφ１が“Ｈ”レベルの時に、情報伝達部２１−１（１）により、信号が次段の単位段のシフトレジスタ回路２４（２）に伝達されると同時に、１段目のシフトレジスタ回路２４（１）の出力ＳＲ＿ＯＵＴ１が“Ｈ”レベルとなる。

以下、同様にして、クロックφ２及びクロックφ１が“Ｈ”レベルとなるタイミングで信号が逐次伝達され、シフトレジスタ４，８の出力に信号が伝達される。

このような動作の中で、クロックφ３は“Ｌ”レベルのままであり、第２のシフトレジスタユニット２３は動作しない。以上説明したシフトレジスタ４，８の駆動方法を固体撮像装置に適用することで、画素信号を順次に読み出すことが可能である。

次に、図４のタイミングチャートを参照して、間引き走査について説明する。

図４において、時刻ｔ₀ に入力パルスＳＲ＿ＳＴが第１のシフトレジスタ回路２４（１）に印加されると、それ同時に、クロックφ３が“Ｈ”レベルの時に、第１のシフトレジスタ回路２４（１）の第２のシフトレジスタユニット２３（１）を構成する情報伝達部２１−３（１）により、信号が次段の単位段のシフトレジスタ回路２４（２）の第１のシフトレジスタユニット２２（２）を構成する情報伝達部２１−１（２）に伝達される。

続く時刻ｔ₁ では、クロックφ１が“Ｈ”レベルの時に、情報伝達部２１−１（２）により、信号が３段目の単位段のシフトレジスタ回路２４（３）に伝達されると同時に、シフトレジスタ回路２４（２）の出力ＳＲ＿ＯＵＴ２が“Ｈ”レベルとなる。

そして、時刻ｔ₂ において、クロックφ３が“Ｈ”レベルの時に、３段目の第２のシフトレジスタユニット２３（３）により、信号が４段目の単位段のシフトレジスタ回路２４（４）の第１のシフトレジスタユニット２２（４）に伝達される。

更に時刻ｔ₃ では、クロックφ１が“Ｈ”レベルの時に、情報伝達部２１−１（４）により、信号が５段目の単位段のシフトレジスタ回路２４（５）に伝達されると同時に、シフトレジスタ回路２４（４）の出力ＳＲ＿ＯＵＴ４が“Ｈ”レベルとなる。

以下、同様にして、クロックφ３及びクロックφ１が“Ｈ”レベルとなるタイミングで信号が伝達され、シフトレジスタ４，８の出力には、１段おきに信号が伝達される。

このような動作の中で、クロックφ２は“Ｌ”レベルのままであり、第１のシフトレジスタユニット２２（１）における情報伝達部２１−２（１）は動作しない。

以上説明したシフトレジスタ４，８の駆動方法を固体撮像装置に適用することで、画素信号を間引いて読み出すことが可能である。尚、画素を間引く間隔は、第２のシフトレジスタユニット２３の出力先を変えればよいことになる。

次に、図５には、図１に示した固体撮像装置の一部を構成するシフトレジスタ４，８の他の構成例を更に具現化して示し説明する。

この図５に示されるように、シフトレジスタ４，８は、単位段のシフトレジスタ回路３１に当該シフトレジスタ回路３１の出力を記憶する記憶部３２を更に備え、任意の位置から走査を開始することを可能としている。より詳細には、このシフトレジスタは、単位段のシフトレジスタ回路３１を複数直列接続して構成されている。

符号２１−１，２１−２は、それぞれ駆動クロックφ１，φ２により情報を伝達する情報伝達部であり、クロック型インバータ等を採用し得る。符号３２は、シフトレジスタ回路３１の出力を記憶するための記憶部であり、制御信号φｍにより情報の記憶を行い、制御信号φｓにより情報の読み出しを行う機能を備えている。

以下、図６のタイミングチャートを参照して、図５のように構成されたシフトレジスタ４，８の駆動方法について詳細に説明する。

尚、以下の説明では、各情報伝達部、シフトレジスタユニット等が何段目の単位段のシフトレジスタ回路に相当するか区別するときには括弧書きの符号を用いる。

例えば、１段目の単位段であれば、シフトレジスタ回路３１（１）、記憶部（１）情報伝達部２１−１（１），２１−２（１），２１−３（１）、第１のシフトレジスタユニット２２（１）、第２のシフトレジスタユニット２３（１）の如くである。

先ず、時刻ｔ₀ において、入力パルスＳＲ＿ＳＴがシフトレジスタ回路３１（１）に印加されると、それ同時に、クロックφ２が“Ｈ”レベルの時に、情報伝達部２１−２（１）により、信号が情報伝達部２１−１（１）に伝達されることになる。

時刻ｔ₁ では、クロックφ１が“Ｈ”レベルの時に、情報伝達部２１−１（１）により信号が次段の単位段のシフトレジスタ回路３１（２）に伝達されると同時に、シフトレジスタ回路３１（１）の出力ＳＲ＿ＯＵＴ１が“Ｈ”レベルとなる。

以下、同様にして、クロックφ２及びクロックφ１が“Ｈ”レベルとなるタイミングで信号が伝達され、シフトレジスタの出力に信号が伝達される。

時刻ｔ₂ において、φｍが“Ｈ”レベルになると、記憶部３２（４）にシフトレジスタ回路３１（４）の出力信号ＳＲ＿ＯＵＴ４が記憶されることになる。

次に、時刻ｔ₃ においてφｓが“Ｈ”レベルになると、記憶部３２（４）より保持していた情報が読み出され、情報伝達部２１−１（４）に信号が伝達される。

さらに、続く時刻ｔ₄ では、クロックφ１が“Ｈ”レベルの時に、情報伝達部２１−１（４）により、信号が５段目の単位段のシフトレジスタ回路３１（５）に伝達されると同時に、シフトレジスタ回路の出力ＳＲ＿ＯＵＴ４が“Ｈ”レベルとなる。

以後、クロックφ２及びクロックφ１が“Ｈ”レベルとなるタイミングでシフトレジスタ動作が繰り返される。尚、図５，６では、シフトレジスタ動作を停止するための構成とタイミングについては明記していないが、公知の所謂リセット機能付シフトレジスタを用いることで、任意の位置でシフトレジスタを停止させることが可能である。

従って、図５に示したシフトレジスタ４，８を図１に示すように固体撮像装置に適用することで、任意の画素エリアを読み出すことが可能となる。

しかるに、本発明の最良の実施の形態では、上記技術を基礎とし、垂直シフトレジスタ制御信号５及び水平シフトレジスタ制御信号９を操作することにより、画素を間引きながらエリア読み出しを行うことで、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えることを可能とし、更には高速なエリア読み出しを可能とする。

即ち、本発明の最良の実施の形態に係る固体撮像装置は、２次元に配列された複数の画素２を有している画素マトリックス１と、該画素２の信号の読み出しを行うための水平シフトレジスタ８及び垂直シフトレジスタ４とからなるＸＹアドレス型の固体撮像装置であって、各シフトレジスタ４，８は、垂直シフトレジスタ制御信号５、水平シフトレジスタ制御信号９により、順次に画素信号の読み出しを行うための順次走査シフトレジスタ部４−１，８−１と、間引いて画素信号の読み出しを行うための間引き走査シフトレジスタ部４−２，８−２とを有し、これらの組み合わせにより、１フレーム内で順次と間引きの組み合わせを任意に行い、画素信号を読み出すことを特徴とする。更に、各シフトレジスタ４，８は、任意の行又は列から走査を開始し、或いは任意の行又は列で走査を停止し、１フレーム内で任意のエリアを読み出すことを特徴とする。

各シフトレジスタ４，８は、単位段のシフトレジスタ回路２４を多段に接続して構成され、各シフトレジスタ回路２４は、異なるクロックにより情報を伝達する複数の情報伝達部２１−１，２１−２，２１−３を更に有する。或いは、各シフトレジスタ４，８は、単位段のシフトレジスタ回路３１を多段に接続して構成され、各シフトレジスタ回路３１は異なるクロックにより情報を伝達する複数の情報伝達部２１−１，２１−２と、各シフトレジスタ回路３１の出力を記憶する記憶部３２を更に有する。この情報伝達部２１−１，２１−２，２１−３は、クロック型インバータ等で構成してもよい。

また、カメラとしては、２次元に配列された複数の画素２を有している画素マトリックス１と、垂直シフトレジスタ制御信号５、水平シフトレジスタ制御信号９により、順次に画素信号の読み出しを行うための順次走査シフトレジスタ部４−１，８−１、間引いて画素信号の読み出しを行うための間引き走査シフトレジスタ部４−２，８−２とを有する水平及び垂直シフトレジスタ４，８と、垂直シフトレジスタ制御信号５、水平シフトレジスタ制御信号９を出力する走査制御部と、所定のモードに切換えるモード切換部と、上記モード切換部の設定に基づいて、上記走査制御信号の組み合わせにより、１フレーム内で順次と間引きの組み合わせを任意に行い、画素信号を読み出すことを特徴とする。各シフトレジスタ４，８は、任意の行又は列から走査を開始し、任意の行又は列で走査を停止する構成を有し、１フレーム内で任意のエリアを読み出すこともできる。

以下、実施例１乃至３として、より具体的に説明する。

図７には、本発明の実施例１に係る固体撮像装置の概略構成を示し説明する。

この図７に示されるように、画素マトリックス１は、複数の画素２が２次元状に配列されて構成されている。垂直シフトレジスタ制御信号５に基づいて駆動する垂直シフトレジスタ４は、順次にシフトレジスタ動作を行う順次走査シフトレジスタ部４−１、一定の間隔を置きながらシフトレジスタ動作を行う間引き走査シフトレジスタ部４−２、シフトレジスタの出力を記憶し任意の行からシフトレジスタ動作を開始する記憶部４−３で構成される。そして、順次走査シフトレジスタ部４−１、間引き走査シフトレジスタ部４−２及び記憶部４−３は、それぞれ独立した制御クロック或いは制御パルスにより動作する。図７では、これらの制御クロック及び制御パルスをまとめて垂直シフトレジスタ制御信号５と示している。この垂直シフトレジスタ４は、垂直選択回路３と接続される。

そして、水平シフトレジスタ制御信号に基づいて駆動する水平シフトレジスタ８は、順次にシフトレジスタ動作を行う順次走査シフトレジスタ部８−１、一定の間隔を置きながらシフトレジスタ動作を行う間引き走査シフトレジスタ部８−２、シフトレジスタの出力を記憶し任意の列からシフトレジスタ動作を開始する記憶部８−３で構成される。順次走査シフトレジスタ部８−１、間引き走査シフトレジスタ部８−２及び記憶部８−３は、それぞれ独立した制御クロック或いは制御パルスにより動作する。図７では、これらの制御クロック及び制御パルスをまとめて水平シフトレジスタ制御信号９と示している。この水平シフトレジスタ８は、画素マトリックス１の画素列を選択する水平選択回路６と接続されている。以上のほか、符号７は、画素信号を出力するアンプである。

このような構成において、垂直シフトレジスタ４及び水平シフトレジスタ８は、垂直シフトレジスタ制御信号５及び水平シフトレジスタ制御信号９を適切に制御することで、先に図３に示したような順次走査、図４に示したような間引き走査、更には図６に示したようなエリア選択走査が得られることになる。

ここで、図８に本発明の実施例１に係る固体撮像装置の読出し方法の概念図を示し説明する。図８は、垂直方向は順次走査と４画素間引き走査を繰り返し行い、水平方向は順次走査を行った場合の画素マトリックスの走査範囲を表している。そして、この図８において、斜線部分が読み出される画素の範囲に相当する。

以下、図９のタイミングチャートには、本発明の実施例１において、先に図８に示したような読出し方法を垂直シフトレジスタ４で実現する場合の入力信号である垂直シフトレジスタ制御信号５と出力信号との関係を示し詳細に説明する。

ここでは、図１０を適宜参照する。この図１０の各構成については、前述した内容と重複するので詳細な説明は省略する。以下の説明では、各情報伝達部、シフトレジスタユニットが何段目の単位段のシフトレジスタ回路に相当するか区別するときには括弧書きの符号を用いる。例えば、１段目の単位段であれば、シフトレジスタ回路４０（１）、情報伝達部２１−１（１），２１−２（１），２１−３（１）、記憶部３２（１）の如くである。

この図９に示されるように、垂直シフトレジスタ４では、スタートパルスＶＳＲ＿ＳＴが印加され、シフトレジスタ動作が行われている場合において、クロックφv1が“Ｈ”レベルとなるタイミングで出力信号が出力されることになる。

順次走査を行う場合には、クロックφv2が“Ｈ”レベルとなるタイミングで、順次走査シフトレジスタ部４−１により信号が次段に伝達される。その一方で、間引き走査を行う場合には、クロックφv3が“Ｈ”レベルとなるタイミングで、間引き走査シフトレジスタ部４−２により指定された複数個先の段に信号が伝達される。

先ず、時刻ｔ₀ において、スタートパルスＶＳＲ＿ＳＴが印加されると、それ同時にクロックφv2が“Ｈ”レベルの時に１段目のシフトレジスタ回路４０（１）に信号が伝達される。次いで、時刻ｔ₁ において、クロックφv1が“Ｈ”レベルとなると、シフトレジスタ回路４０（１）の出力ＶＳＲ＿ＯＵＴ１に信号が出力される。

時刻ｔ₂ では、クロックφv2が“Ｈ”レベルとなると、２段目のシフトレジスタ回路４０（２）に信号が伝達され、時刻ｔ₃ でクロックφv1が“Ｈ”レベルのとき、シフトレジスタ回路４０（２）の出力ＶＳＲ＿ＯＵＴ２に信号が出力される。

時刻ｔ₄ において、クロックφv3が“Ｈ”レベルとなると、間引き走査シフトレジスタ動作により７段目のシフトレジスタ回路４０（７）に信号が伝達され、時刻ｔ₅ でクロックφv1が“Ｈ”レベルとなると、シフトレジスタ回路４０（７）の出力ＶＳＲ＿ＯＵＴ７に信号が出力される。以降、時刻ｔ₁ 〜ｔ₅ の周期が繰り返され、順次走査と４画素間引き走査が繰り返されることにより、図８に示した読出し方法が実現される。

以上説明したように、実施例１では、垂直シフトレジスタ４の順次走査と４画素間引き走査の組み合わせによる画素マトリックスの読出し方法を示したが、クロックφv2及びクロックφv3のタイミングの組み合わせにより、順次走査の繰り返しと間引き走査の繰り返しを任意に行うことができる。また、間引き走査の間引き数は、各間引き走査シフトレジスタ部４−２の構成を変えることで所望の値を得ることができる。

更に、順次走査と間引き走査の組み合わせによる画素マトリックスの読み出しは、垂直方向のみに限らず、水平方向の読み出し、及び両者の組み合わせにも適用できる。例えば図１１の概念図は、水平方向及び垂直方向に対して、順次走査と間引き走査の組み合わせ走査を行うことで、複数の画素エリアを読み出す例を示したものである。即ち、この図１１において、斜線部分が読み出される画素の範囲に相当する。

このように、実施例１の固体撮像装置によれば、垂直シフトレジスタ制御信号５及び水平シフトレジスタ制御信号９を操作することで、回路構成を変えることなく画素の読出し方式を目的に応じて切り替えることができる。

本発明の実施例２に係る固体撮像装置の概略構成は、先に実施例１（図７）で示したものと共通するので、ここでは図７と同一構成について同一符号をもって参照する。

図１２は、本発明の実施例２に係る固体撮像装置の読出し方式の概念図である。即ち図１２においては、水平方向は２画素間引き走査をあるエリアのみ行い、垂直方向は２画素間引き走査をあるエリアのみ行った場合の画素マトリックスの走査範囲を表している。そして、この図１２の斜線部分が、読み出される画素を表している。

尚、この実施例２に係る固体撮像装置のシフトレジスタ４，８は、図１５の構成に示される通りである。そして、垂直シフトレジスタ４及び水平シフトレジスタ８は、垂直シフトレジスタ制御信号５及び水平シフトレジスタ制御信号９を適切に制御することで、先に図３に示したような順次走査、図４に示したような間引き走査、更には図６に示したようなエリア選択走査が得られることになる。

以下、図１３及び図１４のタイミングチャートを参照して、本発明の実施例２の固体撮像装置による図１１に示した読出し方法について更に詳細に説明する。

先ず、図１３のタイミングチャートには、本発明の実施例２において、先に図１２に示したような読出し方法に関し、垂直シフトレジスタ４の入力信号である垂直シフトレジスタ制御信号５と出力信号との関係を示し詳細に説明する。

ここでは、図１５を適宜参照する。この図１５の各構成については、前述した内容と重複するので詳細な説明は省略する。以下の説明では、各情報伝達部、シフトレジスタユニットが何段目の単位段のシフトレジスタ回路に相当するか区別するときには括弧書きの符号を用いる。例えば、１段目の単位段であれば、シフトレジスタ回路４０（１）、情報伝達部２１−１（１），２１−２（１），２１−３（１）、記憶部３２（１）の如くである。

この図１３において、垂直シフトレジスタ４では、スタートパルスＶＳＲ＿ＳＴが印加されシフトレジスタ動作が行われている場合には、クロックφv1が“Ｈ”レベルとなるタイミングで出力信号が出力される。間引き走査を行う場合には、クロックφv3が“Ｈ”レベルのタイミングで、間引き走査シフトレジスタ部４−２により指定された複数個先の段に信号が伝達される。ここで、パルス信号φvmは、垂直シフトレジスタ４の記憶部４−３に垂直シフトレジスタの出力信号を記憶する為の制御パルスである。φvsは、垂直シフトレジスタ４の記憶部４−３より信号を読み出す為の制御パルスである。また、φvrは、垂直シフトレジスタの走査を停止する為の制御パルスである。

さて、時刻ｔｖ₀ において、スタートパルスＶＳＲ＿ＳＴが印加され、クロックφv3が“Ｈ”レベルとなると、３段目の垂直シフトレジスタ回路４０（３）に信号が伝達される。

時刻ｔｖ₁ において、クロックφv1が“Ｈ”レベルとなると、垂直シフトレジスタ回路４０（３）の出力ＶＳＲ＿ＯＵＴ３に信号が出力される。時刻ｔｖ₂ では、クロックφv3が“Ｈ”レベルとなると、６段目の垂直シフトレジスタ回路４０（６）に信号が伝達される。時刻ｔｖ₃ でクロックφh1が“Ｈ”レベルになると垂直シフトレジスタ回路４０（６）の出力ＶＳＲ＿ＯＵＴ６に信号が出力され、２画素間引き走査が繰り返される。

次いで、時刻ｔｖ₄ において、φvmが“Ｈ”になると、６段目の垂直シフトレジスタ回路４０（６）の記憶部３２（６）でＶＳＲ＿ＯＵＴ６の出力信号が保持されると同時にφvrが“Ｈ”レベルとなることで、垂直シフトレジスタの走査が停止する。

次いで、時刻ｔｖ₅ において、φvsが“Ｈ”レベルになると、６段目の垂直シフトレジスタ回路４０（６）の記憶部３２（６）から情報伝達部２１−１（６）に信号が伝達される。そして、時刻ｔｖ₆ では、クロックφv1が“Ｈ”になると、垂直シフトレジスタ回路４０（６）の出力ＶＳＲ＿ＯＵＴ６に信号が出力され、時刻ｔｖ₇ においてクロックφvmが“Ｈ”レベルになると、６段目の垂直シフトレジスタ回路４０（６）の記憶部３２（６）でＶＳＲ＿ＯＵＴ６の出力信号が再び記憶される。

以降、６段目より２画素間引き走査が繰り返される。上記のように、φvm，φvs及びφvrを適宜制御することで、任意の範囲のみ走査を行うことが可能である。

次に、図１４のタイミングチャートには、本発明の実施例２において、先に図１２に示したような読出し方法に関し、水平シフトレジスタ８の入力信号である水平シフトレジスタ制御信号９と出力信号との関係を示し詳細に説明する。

ここでは、図１５を適宜参照する。この図１５の各構成については、前述した内容と重複するので詳細な説明は省略する。以下の説明では、各情報伝達部、シフトレジスタユニットが何段目の単位段のシフトレジスタ回路に相当するか区別するときには括弧書きの符号を用いる。例えば、１段目の単位段であれば、シフトレジスタ回路４０（１）、情報伝達部２１−１（１），２１−２（１），２１−３（１）、記憶部３２（１）の如くである。

この図１４において、水平シフトレジスタ８では、スタートパルスＨＳＲ＿ＳＴが印加され、シフトレジスタ動作が行われている場合には、クロックφh1が“Ｈ”レベルとなるタイミングで出力信号が出力される。間引き走査を行う場合には、クロックφh3が“Ｈ”のタイミングで、間引き走査シフトレジスタ部８−２により指定された複数個先の段に信号が伝達される。パルス信号φhmは、水平シフトレジスタ８の記憶部８−３に水平シフトレジスタの出力信号を記憶するための制御パルスである。φhsは、水平シフトレジスタ８の記憶部８−３より信号を読み出すための制御パルスである。また、φhrは、水平シフトレジスタの走査を停止するための制御パルスである。

さて、時刻ｔｈ₀ において、スタートパルスＨＳＲ＿ＳＴが印加されると同時にクロックφh3が“Ｈ”レベルとなると、３段目の水平シフトレジスタ回路４０（３）に信号が伝達される。ついで、時刻ｔｈ₁ において、クロックφh1が“Ｈ”となると、水平シフトレジスタ回路４０（３）の出力ＨＳＲ＿ＯＵＴ３に信号が出力される。

そして、時刻ｔｈ₂ では、クロックφh3が“Ｈ”レベルとなると、６段目の水平シフトレジスタ回路４０（６）に信号が伝達されることになる。

更に、時刻ｔｈ₃ でクロックφh1が“Ｈ”レベルになると水平シフトレジスタ回路４０（６）の出力ＨＳＲ＿ＯＵＴ６に信号が出力され、２画素間引き走査が繰り返される。

そして、時刻ｔｈ₄ において、φhmが“Ｈ”レベルになると、６段目の水平シフトレジスタ回路４０（６）の記憶部３２（６）でＨＳＲ＿ＯＵＴ６の出力信号が記憶されると同時にφhrが“Ｈ”レベルとなることで水平シフトレジスタの走査が停止する。

次に、時刻ｔｈ₅ において、φhsが“Ｈ”レベルになると、６段目の水平シフトレジスタ回路４０（６）の記憶部３２（６）から情報伝達部２１−１（６）へと信号が伝達される。時刻ｔｈ₆ では、クロックφh1が“Ｈ”レベルになると、水平シフトレジスタ回路４０（６）の出力ＨＳＲ＿ＯＵＴ６に信号が出力される。

そして、時刻ｔｈ₇ において、クロックφhmが“Ｈ”レベルになると、６段目の水平シフトレジスタ回路４０（６）の記憶部３２（６）でＨＳＲ＿ＯＵＴ６の出力信号が再び記憶される。以降、６段目より２画素間引き走査が繰り返される。

実施例２では、前述したように、φhm，φhs及びφhrを適宜制御することで、任意の範囲のみ水平走査を行うことが可能である。さらに、実施例２では、前述したように、垂直シフトレジスタ制御信号９と水平シフトレジスタ制御信号５との組み合わせにより、間引き読み出しを任意のエリアのみ選択して行うことが可能である。

以上説明した本発明の実施例２では、水平及び垂直２画素間引きを行いつつ、画素マトリックスの一部のエリアのみを読み出す方法を示したが、水平方向或いは垂直方向のみ間引きを行ってもよいことは勿論である。また、間引き走査の間引き数は、各間引き走査シフトレジスタ部４−２，８−２の構成を変えることで所望の値を得ることができる。

更に、水平シフトレジスタ制御信号５及び垂直シフトレジスタ制御信号９の組み合わせにより、任意のエリアを選択して、順次と間引きを組み合わせて読み出してもよい。

このように、本発明の実施例２に係る固体撮像装置では、垂直シフトレジスタ制御信号９及び水平シフトレジスタ制御信号５を操作することで画素を間引きながらエリア読み出しを行う為、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えることができ、高速なエリア読み出しが可能となる。

次に、図１６の概念図を参照して、本発明の実施例３として、上述した実施例１，２に係る固体撮像装置を適用したカメラについて詳細に説明する。

この図１６に示されるように、撮影レンズ５０を介して入射した被写体光の光路上には固体撮像装置５１が配設されている。そして、この固体撮像装置５１の出力は直流再生部（ＣＤＳ）５４の入力に接続されており、更に当該直流再生部５４の出力はスイッチ部６０を介してコントラストＡＦ検出部５５、画像処理部５６の入力に接続されている。

このコントラストＡＦ検出部５５の検出結果に基づいて撮影レンズ５０に概念上含まれるズームレンズが駆動制御される。画像処理部５６の出力は、ＬＣＤ等の表示部５７、メディア記録部５８の入力に接続されている。クロック信号を発生する同期タイミング発生部５２の出力は、直流再生部５４、走査制御部５３の入力に接続されている。この走査制御部５３には、各種モードを設定する為のモード切換部５９も接続されている。

このような構成において、撮影レンズ５０を介して入射された被写体光は、固体撮像装置１の固体撮像素子に撮像され、画素信号が出力される。このとき、モード切換部５９で設定された各種モードに基づいて、走査制御部５３が制御され、前述した間引き走査、順次走査、エリア読み出し等を実施するように垂直シフトレジスタ制御信号及び水平シフトレジスタ制御信号が固体撮像装置１内の水平シフトレジスタ、垂直シフトレジスタに出力される。この制御信号に基づいて、前述した実施例１，２ような駆動がなされ、画素を間引きながらのエリア読み出しが行われ、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えられ、更には高速なエリア読み出しが行われることになる。

画素信号は、直流再生部５４にて相関二重サンプリングされ、更にＡ／Ｄ変換されてデジタル画像信号とされ、スイッチ部６０の切替状態に応じてコントラストＡＦ検出部５５又は画像処理部５６に送られる。コントラストＡＦ検出部５５では、デジタル画像信号に基づく被写体距離の検出がなされる。一方で、画像処理部５６では、例えば色信号生成処理、マトリックス変換処理、その他の各種画像処理がなされ、表示部５７又はメディア記録部５８に出力される。この表示部５７では、デジタル画像信号に基づいて各種表示がなされることになる。一方、メディア記録部５８は、例えばカードインターフェース及びメモリカード等からなり、デジタル画像信号が記録されることになる。

このように、本発明の実施例３に係るカメラでは、その固体撮像装置で、垂直シフトレジスタ制御信号９及び水平シフトレジスタ制御信号５に基づき、順次走査と間引き走査の組み合わせによる読み出し、或いは画素を間引きながらのエリア読み出しを行うことによって、読出し領域を固定したままフレームレートを切換えることができ、高速なエリア読み出しが可能となり、その結果、各種モード（ＡＦ、表示、記録等）に応じた好適な読み出し方法を選択することができることになる。

即ち、間引き走査は短いフレームレートで連続的な表示を表示部５７で行う場合に好適であり、エリア読み出しは画素信号を画面の各部位から得てコントラスト値を分析しマルチＡＦする上で好適であり、これらの組み合わせは、例えば早い被写体に追従して表示を行う場合等に好適であるが、上記モード切換部５９の設定に基づいて走査制御部５３が垂直シフトレジスタ制御信号、水平シフトレジスタ制御信号の出力タイミングを制御することで、簡易に実現されることになる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は前述した実施例１乃至３に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良、変更が可能であることは勿論である。

本発明の基礎となる固体撮像装置の概略構成を示す図。 図１に示した固体撮像装置の一部を構成するシフトレジスタ４，８の構成例を更に具現化して示す図。 図２のように構成されたシフトレジスタ４，８の駆動方法（順次走査）について詳細に説明するタイミングチャート。 図２のように構成されたシフトレジスタ４，８の駆動方法（間引き走査）について詳細に説明するタイミングチャート。 図１に示した固体撮像装置の一部を構成するシフトレジスタ４，８の他の構成例を更に具現化して示す図。 図５のように構成されたシフトレジスタ４，８の駆動方法について詳細に説明するタイミングチャート。 本発明の実施例１に係る固体撮像装置の概略構成を示す図。 本発明の実施例１に係る固体撮像装置の読出し方法の概念図。 本発明の実施例１において、先に図８に示したような読出し方法を垂直シフトレジスタ４で実現する場合の詳細を示すタイミングチャート。 本発明の実施例１において、先に図８に示したような読出し方法を実現するシフトレジスタの構成例を示す図。 本発明の実施例１により、水平方向及び垂直方向に対して、順次走査と間引き走査の組み合わせ走査を行うことで、複数の画素エリアを読み出す例を示す図。 本発明の実施例２に係る固体撮像装置の読出し方式の概念図。 本発明の実施例２において、図１２に示したような読出し方法に関し、垂直シフトレジスタ４の入力信号である垂直シフトレジスタ制御信号５と出力信号との関係を示すタイミングチャート。 本発明の実施例２において、図１２に示したような読出し方法に関し、水平シフトレジスタ８の入力信号である水平シフトレジスタ制御信号９と出力信号との関係を示すタイミングチャート。 本発明の実施例２において、先に図１２に示したような読出し方法を実現するシフトレジスタの構成例を示す図。 本発明の実施例３として、上述した実施例１，２に係る固体撮像装置を適用したカメラの構成を示す図。

符号の説明

１・・・画素マトリックス、２・・・画素、３・・・垂直選択回路、４・・・垂直シフトレジスタ、４−１・・・順次走査シフトレジスタ部、４−２・・・間引き走査シフトレジスタ部、４−３・・・記憶部、５・・・垂直シフトレジスタ制御信号、６・・・水平選択回路、７・・・アンプ、８・・・水平シフトレジスタ、８−１・・・順次走査シフトレジスタ部、８−２・・・間引き走査シフトレジスタ部、８−３・・・記憶部、９・・・水平シフトレジスタ制御信号。

Claims (7)

1. ２次元に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、該画素の信号の読み出しを行うための水平及び垂直走査回路とからなるＸＹアドレス型の固体撮像装置において、
   上記各走査回路は、第１の走査制御信号により、順次に画素信号の読み出しを行うための順次走査回路と、上記第１の走査信号とは異なる第２の走査制御信号により、間引いて画素信号の読み出しを行うための間引き走査回路とを有し、
   上記各走査制御信号の組み合わせにより、１フレーム内で順次と間引きの組み合わせを任意に行い、画素信号を読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
2. 上記各走査回路は、任意の行又は列から走査を開始するための走査駆動手段と、任意の行又は列で走査を停止するための走査停止手段とを有し、１フレーム内で任意のエリアを読み出すことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 上記各走査回路は、単位段のシフトレジスタ回路を多段に接続して構成され、各シフトレジスタ回路は、異なるクロックにより情報を伝達する複数の情報伝達部を更に有することを更に特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 上記各走査回路は、単位段のシフトレジスタ回路を多段に接続して構成され、各シフトレジスタ回路は、異なるクロックにより情報を伝達する複数の情報伝達部と、各シフトレジスタ回路の出力を記憶する記憶部を更に有することを更に特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
5. 上記情報伝達部は、クロック型インバータであることを更に特徴とする請求項３又は４に記載の固体撮像装置。
6. ２次元に配列された複数の画素を有している固体撮像素子と、
   第１の走査制御信号により順次に画素信号の読み出しを行うための順次走査回路と、上記第１の走査信号とは異なる第２の走査制御信号により間引いて画素信号の読み出しを行うための間引き走査回路とを有する水平及び垂直走査回路と、
   上記第１の走査制御信号及び第２の走査制御信号を出力する走査制御部と、
   所定のモードに切換えるモード切換部と、
   上記モード切換部の設定に基づいて、上記第1及び第２の走査制御信号の組み合わせにより、１フレーム内で順次と間引きの組み合わせを任意に行い、画素信号を読み出すことを特徴とするカメラ。
7. 上記各走査回路は、任意の行又は列から走査を開始するための走査駆動手段と、任意の行又は列で走査を停止するための走査停止手段とを有し、１フレーム内で任意のエリアを読み出すことを特徴とする請求項６に記載のカメラ。

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