JP2015180006A - 固体撮像素子およびその駆動方法、並びに撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】解像感の良さとモアレの低減の間でのトレードオフを任意に制御できるようにする。
【解決手段】光電変換部と、前記光電変換部により生成された信号電荷を電荷電圧変換する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部により変換された信号を増幅する増幅部と、前記増幅部により増幅された信号を出力するか選択する選択部と、を含む画素部が二次元状に配置された固体撮像素子であって、複数の画素部から出力される信号を混合して１つの画素混合信号を生成する画素混合処理において、前記画素混合処理される各画素部のうち、少なくとも１つの画素部の信号出力時間が、他の画素部の信号出力時間と異なるように前記選択部を動作させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像素子およびその駆動方法、並びに撮像装置に関する。

ＣＭＯＳ型の固体撮像素子などを有するカメラでは、ライブビューモード時や動画撮影モード時に、撮像素子から読み出すデータ量をディスプレイの解像度や動画のフレームレートなどに合わせて削減する必要がある。

このように撮像素子から読み出すデータ量を削減する手法として、例えば、特定の周期で画素信号を読み飛ばす間引き処理がある。間引き処理はサンプリング周波数が低下することからモアレが発生しやすいという特徴がある。また、特許文献１に記載された画素混合処理がある。画素混合処理では、特定の周期で複数の画素信号から１つの画素混合信号を生成するので、モアレを低減することが可能である。

しかしながら、上記画素混合処理では、複数の画素信号の加算平均である中間の値を出力することから、被写体のエッジが際立たない解像感の悪い画像となってしまう。このように、間引き処理と画素混合処理には、解像感の良さとモアレの低減の間でのトレードオフが存在し、一般的にモアレが発生すると実際の被写体と大きく乖離した画像に見えることから、画素混合処理が用いられることが多い。

特開２０１０−２５９０２７号公報 特開２００６−１７４３２５号公報

しかしながら、モアレの発生は被写体の条件や画素解像度（低画素化の度合い）に大きく起因しており、モアレが発生しない条件やモアレが目立たない条件で画素混合処理を行うと必要以上に解像感を悪化させることになる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、解像感の良さとモアレの低減の間でのトレードオフを任意に制御できる技術を実現することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明は、光電変換部と、前記光電変換部により生成された信号電荷を電荷電圧変換する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部により変換された信号を増幅する増幅部と、前記増幅部により増幅された信号を出力するか選択する選択部と、を含む画素部が二次元状に配置された固体撮像素子であって、複数の画素部から出力される信号を混合して１つの画素混合信号を生成する画素混合処理において、前記画素混合処理される各画素部のうち、少なくとも１つの画素部の信号出力時間が、他の画素部の信号出力時間と異なるように前記選択部を動作させる。

本発明によれば、解像感の良さとモアレの低減の間でのトレードオフを任意に制御できるようになる。

実施形態１に係る固体撮像素子の構成を示す回路図。 実施形態１の固体撮像素子の動作を示すタイミングチャート。 実施形態１の固体撮像素子の動作を詳細に示すタイミングチャート。 実施形態２の固体撮像素子の動作を示すタイミングチャート。 実施形態２の固体撮像素子の動作を詳細に示すタイミングチャート。 実施形態３の固体撮像素子の動作を示すタイミングチャート。 実施形態３の固体撮像素子の動作を詳細に示すタイミングチャート。 実施形態４の固体撮像素子の構成を示す回路図。 実施形態４の固体撮像素子の動作を示すタイミングチャート。 実施形態４の固体撮像素子の動作を詳細に示すタイミングチャート。 本実施形態の固体撮像素子が実装される撮像装置の構成を示すブロック図。

以下に、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。また、後述する各実施形態の一部を適宜組み合わせて構成しても良い。

［実施形態１］
図１を参照して、本発明に係る実施形態１の固体撮像素子の構成について説明する。

本実施形態のＣＭＯＳ型の固体撮像素子は、二次元状に配置された複数の画素部１と、画素配列の各列の複数の画素部１に対応して設けられ、対応する画素部１の出力信号が供給される複数の垂直出力線２と、各垂直出力線２に接続される電流源３と、ローパスフィルタ部（以下、ＬＰＦ部）４と、リセット信号を保持するリセット信号保持容量ＣＴＮと、光電変換信号を保持する光電変換信号保持容量ＣＴＳと、ＬＰＦ部４とリセット信号保持容量ＣＴＮを接続しＬＰＦ部４の出力をリセット信号保持容量ＣＴＮに転送するか選択するトランジスタＭ５と、ＬＰＦ部４と光電変換信号保持容量ＣＴＳを接続しＬＰＦ部４の出力を光電変換信号保持容量ＣＴＳに転送するか選択するトランジスタＭ６と、リセット信号保持容量ＣＴＮおよび光電変換信号保持容量ＣＴＳと接続される列回路５と、信号を外部へ出力する出力アンプ６と、垂直走査回路７と、水平走査回路８と、を備える。

電流源３は、各垂直出力線２に接続されて画素部１の出力の負荷として動作する。リセット信号保持容量ＣＴＮは、画素部１のリセット後にトランジスタＭ５を介してリセット信号を保持する。光電変換信号保持容量ＣＴＳは、画素部１の光電変換信号転送後にトランジスタＭ５を介して光電変換信号を保持する。リセット信号保持容量ＣＴＮおよび光電変換信号保持容量ＣＴＳに保持された光電変換信号は、列回路５および出力アンプ６を経由して外部へ出力される。垂直走査回路７および水平走査回路８は、上記回路を駆動するための駆動信号を出力する。

各画素部１は、入射光量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ＰＤと、上記信号電荷を受け取って電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョンＦＤと、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョンＦＤに電荷を転送する電荷転送部としての転送トランジスタＭ１と、フローティングディフュージョンＦＤの電圧を電源電圧ＶＤＤにリセットするリセット部としてのリセットトランジスタＭ２と、フローティングディフュージョンＦＤの電圧に応じて増幅した信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタＭ３と、増幅トランジスタＭ３と垂直出力線２を接続し、画素部１の信号を垂直出力線２に出力するか選択する選択部としての選択トランジスタＭ４とを備える。また、電源ＶＤＤを備えている。

各画素部１は、垂直走査回路７から出力される駆動信号ＰＲＥＳ、ＰＴＸ、ＰＳＥＬを所定の駆動信号線により受け取って駆動し、それぞれ画素配列の同行の画素部１には、駆動信号ＰＲＥＳ、ＰＴＸ、ＰＳＥＬを出力する共通の駆動信号線が接続されている。駆動信号ＰＴＮを出力する駆動信号線は、トランジスタＭ５のゲートに共通に接続される。また、駆動信号ＰＴＳを出力する駆動信号線は、トランジスタＭ６のゲートに共通に接続される。ｎ行目の画素部１を駆動する駆動信号ＰＲＥＳ、ＰＴＸ、ＰＳＥＬは、添え字ｎを付してＰＲＥＳｎ、ＰＴＸｎ、ＰＳＥＬｎと表記する。図１では、横に３列、縦にｎ行の画素配列を例示しているが、これに限られるものではない。

各ＬＰＦ部４は、垂直出力線２に直列に接続される抵抗Ｒ１と、グラウンドと垂直出力線２の間に接続される容量Ｃ１とを有し、所定のタイミングで垂直出力線２に接続される複数の画素信号を最適に混合させるための平滑化回路として機能する。ＬＰＦ部４は、垂直出力線２の寄生成分で十分平滑化できる場合はなくても良く、ＬＰＦ部４の代わりに列アンプを配置し、列アンプの帯域により平滑化しても良い。

次に、図２を参照して、回路の動作について説明する。

図２は、図１の固体撮像素子の画素混合処理の動作を示すタイミングチャートである。図中の各信号は、Ｈｉｇｈ状態（以下、“Ｈ”）またはＬｏｗ状態（以下、“Ｌ”）のいずれかに変化するものとする。

期間Ｔ１〜Ｔ９では、各列において１〜３行目の画素混合処理された信号を読み出す。同様に期間Ｔ１０〜Ｔ１６では、４〜６行目の画素混合処理された信号を、期間Ｔ１７〜Ｔ２５では、７〜９行目の画素混合処理された信号を読み出す。駆動信号ＰＲＥＳ、ＰＴＸは、画素混合処理を行う行で同一の駆動になり、画素混合処理を行う行の駆動信号ＰＳＥＬは、行毎に“Ｈ”と“Ｌ”を周期的に繰り返す。駆動信号ＰＳＥＬの駆動については後述する。

ここで、図２のタイミングチャートについてより詳細な説明を行う。

タイミングＴ１では、画素混合処理を行う複数の行で駆動信号ＰＲＥＳが“Ｈ”になり、リセットトランジスタＭ２がオンとなる。これにより画素部１のフローティングディフュージョンＦＤの電圧がリセットされる。

タイミングＴ２では、画素混合処理を行う行のグループの中で“Ｈ”になる駆動信号ＰＳＥＬが高速に切り替わる高速切り替え駆動が開始される。駆動信号ＰＳＥＬの高速切り替え駆動により垂直出力線２の電圧Ｖｘは変動を繰り返すが、ＬＰＦ部４により平滑化され、ＬＰＦ部４の出力電圧ＶＬＰＦは画素混合処理により生成された画素混合信号となる。

タイミングＴ３では、駆動信号ＰＲＥＳが“Ｌ”になり、リセットトランジスタＭ２がオフとなる。フローティングディフュージョンＦＤのリセットが終了し、上記グループのリセット後のフローティングディフュージョンＦＤの電圧に対応した信号が垂直出力線２に出力され始める。駆動信号ＰＳＥＬの高速切り替え駆動により垂直出力線２の電圧Ｖｘは変動を繰り返す。

タイミングＴ４では、駆動信号ＰＴＮが“Ｈ”になり、画素混合処理されたリセット後の電圧がＬＰＦ部４からリセット信号保持容量ＣＴＮに出力される。画素混合処理されたリセット後の電圧が十分に安定した後に、タイミングＴ５にて駆動信号ＰＴＮが“Ｌ”となり、リセット信号保持容量ＣＴＮにリセット信号が保持される。

タイミングＴ６では、駆動信号ＰＴＸが“Ｈ”になり、転送トランジスタＭ１がオンとなる。フォトダイオードＰＤから入射光に応じて蓄積した信号電荷がフローティングディフュージョンＦＤへ転送される。信号電荷に応じた光電変換信号が垂直出力線２に出力されるが、高速切り替え駆動とＬＰＦ部４により上記グループの画素加算処理された信号が生成される。

タイミングＴ７では、駆動信号ＰＴＸが“Ｌ”になり、転送トランジスタＭ１がオフとなるが、フローティングディフュージョンＦＤの電圧は保持されるので、画素加算処理された信号は出力され続ける。

タイミングＴ８では、駆動信号ＰＴＳが“Ｈ”になり、画素混合処理された光電変換信号が信号保持容量ＣＴＳに出力される。画素混合処理された光電変換信号の電圧が十分に安定した後に、タイミングＴ９にて駆動信号ＰＴＳが“Ｌ”となり、光電変換信号保持容量ＣＴＳに光電変換信号が保持される。また、光電変換信号保持容量ＣＴＳに光電変換信号が保持された後に駆動信号ＰＳＥＬの高速切り替え駆動が終了する。列回路５において、光電変換信号保持容量ＣＴＳに保持された光電変換信号とリセット信号保持容量ＣＴＮに保持されたリセット信号の差分信号が生成され、順次、水平走査回路８の駆動信号に応じて出力アンプ６へ出力される。

期間Ｔ１０〜Ｔ１８では、期間Ｔ１〜Ｔ９と同様の駆動を４〜６行目の画素部１において行い、期間Ｔ１９〜Ｔ２７では７〜９行目の画素部１において行う。

次に、図３を参照して、駆動信号ＰＳＥＬの高速切り替え駆動についての詳細な説明と、ＬＰＦ部４の出力を保持するタイミングについての説明を行う。

図３は、図１の固体撮像素子の画素混合処理の動作のうち、駆動信号ＰＴＳが“Ｌ”になるタイミング付近を詳細に示している。

期間ｔ１〜ｔ９は通常の高速切り替え駆動を示し、期間ｔ９〜ｔ１１は信号保持タイミングの駆動を示している。

通常の高速切り替え駆動では、期間ｔ１〜ｔ２では駆動信号ＰＳＥＬ３が、期間ｔ２〜ｔ３では駆動信号ＰＳＥＬ１が、期間ｔ３〜ｔ４では駆動信号ＰＳＥＬ２が“Ｈ”となり、それぞれ対応する行の画素部１が垂直出力線２に信号を出力する。このように、各画素部１からの信号出力を異なる位相で周期的に繰り返し行う。ただし高速に切り替え続けるため、画素混合処理を行う複数の画素部内のフローティングディフュージョンＦＤの電圧に応じた複数の電圧の間で、垂直出力線２の電圧Ｖｘは常に変動し続けることになる。ＬＰＦ部４の抵抗Ｒ１と容量Ｃ１による時定数が十分大きな値であれば、ＬＰＦ部４の出力電圧ＶＬＰＦの変動は影響がない程度まで平滑化することが可能となる。

このとき、駆動信号ＰＳＥＬ２が“Ｈ”になる期間ｔ３〜ｔ４、ｔ６〜ｔ７は、駆動信号ＰＳＥＬ１が“Ｈ”になる期間ｔ２〜ｔ３、ｔ５〜ｔ６、ｔ８〜ｔ９および駆動信号ＰＳＥＬ３が“Ｈ”になる期間ｔ１〜２、ｔ４〜ｔ５、ｔ７〜ｔ８より長くなっている。例えば、図３では、駆動信号ＰＳＥＬ１、ＰＳＥＬ２、ＰＳＥＬ３が“Ｈ”になる期間が１：２：１になっている。このように画素混合処理をする複数の行のうち、中央寄りの行の画素部１が継続して垂直出力線２に接続する時間を、他の行に比べて長くする。すなわち、高速切り替え駆動中（画素混合処理中）に中央寄りの行の画素部１の選択トランジスタＭ４がオンしている時間（信号出力時間）を長くすることにより、画素混合処理により生成される画素混合信号は、画素混合処理される複数の画素部１の信号の加算平均と比べて、中心寄りの行の画素部１の信号に近い信号となる。この場合、１行目画素：２行目画素：３行目の画素の重み付け比率は、１：２：１になり、複数行の画素部の中で信号に重み付けをすることができる。

信号保持タイミングの駆動では、期間ｔ９〜ｔ１１で垂直出力線２に出力する行が固定になっており、その間のタイミングｔ１０において駆動信号ＰＴＳが“Ｌ”になることにより光電変換信号保持容量ＣＴＳに光電変換信号が保持される。このように垂直出力線２に接続する画素部１が切り替わらないタイミングで信号の保持を行うことにより、スイッチングノイズなどの影響を少なくすることが可能となる。また、信号保持のタイミングｔ１０に垂直出力線２に出力する行は、タイミングのずれが生じた際に複数の行の上下対称性が崩れない中央寄りの行か、時間差の影響が小さくなる垂直出力線２に接続する時間の長い行であることが望ましい。

図３の高速切り替え駆動では、同じタイミングで画素混合処理を行う行グループの中で駆動信号ＰＳＥＬを切り替えており、各駆動信号ＰＳＥＬの“Ｈ”の期間はオーバーラップしていないが、オーバーラップさせても良い。また、ノンオーバーラップのように全ての駆動信号ＰＳＥＬが“Ｌ”になるタイミングがあっても良い。

本実施形態では、駆動信号ＰＳＥＬにより画素混合処理される各画素部の信号に重み付けをすることができる。例えば画素混合処理をする複数の行のＰＳＥＬが“Ｈ”になる期間を１：２：１や１：３：１など、駆動信号が”Ｈ”になる期間を変更するだけで重み付けの比率を変更することが可能である。そして、中央寄りの行の比率を高めれば間引き処理による低画素化に近い画質となり、全てを等しい比率にすることで加算平均が出力される画素混合処理に近い画質になる。このように解像感の良さとモアレの低減の間でのトレードオフを任意に制御することが可能となる。

また、駆動信号が“Ｈ”になる期間の比率を１：２：２など、上下の行で非対称とすることにより、特許文献２のように画素混合処理の重心をずらすことも可能である。このように、偶数の複数行において画素混合処理を行う際に画素混合処理された信号の重心をずらすことにより、重心を等間隔にし、低画素化した画像の画質の劣化を抑えることができる。

本実施形態では、上下に連続する３行の画素混合処理の例を示したが、画素混合処理を行う行数および行の間隔はこれに限られるものではない。例えば、ベイヤー配列を考慮して、２画素間隔で画素混合処理を行う場合もある。また、ＰＳＥＬを“Ｈ”にして垂直出力線２に接続する行の順番も本実施形態に限られるものではない。

［実施形態２］
図４を参照して、実施形態２の固体撮像素子の駆動方法について説明する。

図４は、実施形態２の固体撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。固体撮像素子の回路構成は図１と同様である。

本実施形態では、実施形態１と異なる箇所について説明を行い、同様の箇所についての説明は省略する。

期間Ｔ１〜Ｔ９では、各列において１〜３行目の画素混合処理された信号を読み出し、期間Ｔ１０〜Ｔ１８では４〜６行目の画素混合処理された信号を読み出し、期間Ｔ１９〜Ｔ２７では７〜９行目の画素混合処理された信号を読み出す。駆動信号ＰＲＥＳ、ＰＴＸは、画素混合処理を行う行で同一の駆動になり、画素混合処理を行う行の駆動信号ＰＳＥＬは行毎に“Ｈ”と“Ｌ”を周期的に繰り返す高速切り替え駆動を行う。この駆動信号ＰＳＥＬの駆動が実施形態１と異なるので以下に詳細に説明する。

まず図５を参照して、駆動信号ＰＳＥＬの高速切り替え駆動について詳細に説明する。

図５は、図４のタイミングチャートのうち、駆動信号ＰＴＳが“Ｌ”になるタイミング付近を詳細に示している。

期間ｔ１〜ｔ１２は高速切り替え駆動を示し、期間ｔ１２〜ｔ１４は信号保持タイミングの駆動を示している。

本実施形態の高速切り替え駆動では、期間ｔ１〜ｔ２では駆動信号ＰＳＥＬ３が、期間ｔ２〜ｔ３では駆動信号ＰＳＥＬ２が、期間ｔ３〜ｔ４では駆動信号ＰＳＥＬ１が、期間ｔ４〜ｔ５では駆動信号ＰＳＥＬ２が“Ｈ”となり、それぞれ対応する行の画素部１が垂直出力線２に接続する。このように各画素部１からの信号出力を異なる位相で周期的に繰り返し行う。実施形態１と同様に、高速切り替え駆動を行うため、ＬＰＦ部４の出力電圧ＶＬＰＦは平滑化された信号になる。

そして、駆動信号ＰＳＥＬ２は、駆動信号ＰＳＥＬ１およびＰＳＥＬ３と比べて“Ｈ”になる頻度が高くなっている。すなわち、全てのパルスが同じ時間幅を持っている場合、高速切り替え駆動中に垂直出力線２に画素部１が接続される時間は駆動信号ＰＳＥＬ１およびＰＳＥＬ３で駆動される場合に比べて、駆動信号ＰＳＥＬ２で駆動される方が長くなる。図５に示す高速切り替え駆動では、１行目画素：２行目画素：３行目画素の重み付け比率は、１：２：１になる。これにより、実施形態１と同様に、画素混合処理を行う複数行の画素部の中で信号に重み付けをすることができる。

期間ｔ１２〜ｔ１４の信号保持タイミングの駆動では、画素混合処理を行う行の駆動信号ＰＳＥＬは変動せず、特定の行の画素部１が垂直出力線２に接続され続ける。信号保持タイミングの駆動中に垂直出力線２に接続される行は、上下対称性が崩れない中央寄りの行か、垂直出力線２に接続される頻度が高い行であることが望ましい。また、駆動信号ＰＳＥＬ１とＰＳＥＬ２は、実施形態１と同様にオーバーラップしても、しなくても良い。

［実施形態３］
図６を参照して、実施形態３の固体撮像素子の駆動方法について説明する。

図６は、実施形態３の固体撮像素子の動作を示すタイミングチャートである。固体撮像素子の回路構成は図１と同様である。

本実施形態では、実施形態１、２と異なる箇所について説明を行い、同様の箇所についての説明は省略する。

期間Ｔ１〜Ｔ９では、各列において１〜３行目の画素混合処理された信号を読み出し、期間Ｔ１０〜Ｔ１８では４〜６行目の画素混合処理された信号を読み出し、期間Ｔ１９〜Ｔ２７では７〜９行目の画素混合処理された信号を読み出す。駆動信号ＰＲＥＳ、ＰＴＸは、画素混合処理を行う行で同一の駆動になり、画素混合処理を行う行の駆動信号ＰＳＥＬは行毎に“Ｈ”と“Ｌ”を周期的に繰り返す高速切り替え駆動を行うが、高速切り替え駆動中は中心寄りの行のみが常に“Ｈ”になっている。この駆動信号ＰＳＥＬの駆動が実施形態１、２と異なるので詳細に説明する。

次に、図７を参照して、駆動信号ＰＳＥＬの高速切り替え駆動について詳細に説明する。

図７は、図６のタイミングチャートのうち、駆動信号ＰＴＳが“Ｌ”になるタイミング付近を詳細に示している。

期間ｔ１〜ｔ１２は高速切り替え駆動を示し、期間ｔ１２〜ｔ１４は信号保持タイミングの駆動を示している。

本実施形態の高速切り替え駆動では、駆動信号ＰＳＥＬ２は画素混合処理中は継続して“Ｈ”になっており、期間ｔ１〜ｔ２では駆動信号ＰＳＥＬ３が、期間ｔ２〜ｔ３では駆動信号ＰＳＥＬ１が“Ｈ”となる駆動を繰り返し、それぞれ対応する行の画素部１が垂直出力線２に接続される。このように中央寄りの画素部１に対して両端側の画素部１からの信号出力を異なる位相で周期的に繰り返し行う。実施形態１、２と同様に、高速に切り替えを行うため、ＬＰＦ部４の出力電圧ＶＬＰＦは平滑化された信号になる。

高速切り替え駆動中において、駆動信号ＰＳＥＬ２は常に“Ｈ”となっているのに対し、駆動信号ＰＳＥＬ１とＰＳＥＬ３は交互に“Ｈ”になるため、高速切り替え駆動中に垂直出力線２に対応する行の画素部１が接続される時間は、駆動信号ＰＳＥＬ２が駆動信号ＰＳＥＬ１およびＰＳＥＬ３に比べ２倍となり、１行目画素：２行目画素：３行目画素の重み付け比率は、１：２：１になる。これにより、実施形態１、２と同様に画素混合処理をする複数行の中で信号の重み付けをすることができる。

期間ｔ１２〜ｔ１４の信号保持タイミングの駆動では、画素混合処理を行う行の駆動信号ＰＳＥＬは変動せず、特定の行の画素部１が垂直出力線２に接続され続ける。このように信号保持タイミングの駆動中は駆動信号ＰＳＥＬを変動させないことが、スイッチングノイズなどの影響を少なくする上で望ましい。また、駆動信号ＰＳＥＬ１とＰＳＥＬ３は、実施形態１、２と同様にオーバーラップしても、しなくても良い。

［実施形態４］
図８を参照して、実施形態４の固体撮像素子およびその駆動方法について説明する。

図８は、実施形態４の固体撮像素子の回路構成を示している。

本実施形態では、実施形態１〜３と異なる箇所について説明を行い、同様の箇所についての説明は省略する。

本実施形態の固体撮像素子は、画素部上にベイヤー配列のカラーフィルタ（以下、ＣＦ）が配置されている。図８中のＲは赤色の光を、Ｇｒ、Ｇｂは緑色の光を、Ｂは青色の光を透過させるフィルタをそれぞれ示している。また、駆動信号ＰＳＥＬを出力する駆動信号線は各行に２本ずつ配置され、緑色に対応するＣＦが配置されている画素には駆動信号ＰＳＥＬａ１〜ｎを出力する駆動信号線が接続され、赤色および青色に対応するＣＦが配置されている画素には駆動信号ＰＳＥＬｂ１〜ｎを出力する駆動信号線が接続されている。

次に、図９を参照して、本実施形態の固体撮像素子の駆動方法について説明する。

本実施形態では、画素混合処理を行う複数の画素部１は、同色のＣＦが配置された画素部１である必要がある。そのために、１・３・５行目、４・６・８行目、７・９・１１行目のように１行飛びの複数行にて画素混合処理を行う。この場合、２行目を使用しないことにより画素混合処理の重心を等間隔にすることが可能である。

期間Ｔ１〜Ｔ９では、各列において１・３・５行目の画素混合処理された信号を読み出し、期間Ｔ１０〜Ｔ１８では４・６・８行目の画素混合処理された信号を読み出し、期間Ｔ１９〜Ｔ２７では７・９・１１行目の画素混合処理された信号をそれぞれ読み出す。駆動信号ＰＲＥＳ、ＰＴＸは、画素混合処理を行う行で同一の駆動となる。また、画素混合処理を行う行の駆動信号ＰＳＥＬａとＰＳＥＬｂは、それぞれ重み付けの比率の異なる高速切り替え駆動となる。

次に、図１０を参照して、駆動信号ＰＳＥＬａとＰＳＥＬｂの高速切り替え駆動について詳細に説明する。

図１０は、図９のタイミングチャートのうち、駆動信号ＰＴＳが“Ｌ”になるタイミング付近を詳細に示している。

期間ｔ１〜ｔ１２は高速切り替え駆動を示し、タイミングｔ１２〜ｔ１４は信号保持タイミングの駆動を示している。

駆動信号ＰＳＥＬａが“Ｈ”になる期間が１：２：１の高速切り替え駆動を、駆動信号ＰＳＥＬｂが“Ｈ”になる期間が１：１：１の高速切り替え駆動をそれぞれ行う。駆動信号ＰＳＥＬａを出力する駆動信号線は緑色に対応する画素部１に接続され、駆動信号ＰＳＥＬｂを出力する駆動信号線は赤色および青色に対応する画素部１に接続されるので、緑色の画素部１を用いた画素混合処理では中央側の画素部１の重み付けが大きくなる。これにより、画素混合処理が行われた画像では緑色は解像感が良く、赤色および青色は解像感が抑えられた画質になる。ベイヤー配列では赤色の画素および青色の画素と比較して緑色の画素のサンプリング周波数が高く、モアレが発生しにくい傾向がある。このような特性から、緑色の画素部１を用いた画素混合処理では中心側の画素の重み付けを大きくすることにより、画像全体のモアレの発生を抑えたまま解像感を良くすることが可能となる。

信号保持タイミングの駆動では、実施形態１と同様に、重み付けする画素部１が接続された状態でＣＴＳが“Ｌ”になるのが良い。

本実施形態では、緑色の画素部１では１：２：１、赤色および青色の画素部１では１：１：１で画素混合処理を行ったが、画素混合処理を行う画素部１の数やその重み付けの比率はこれに限られるものではない。

＜撮像装置の構成＞
最後に、図１１を参照して、本実施形態の固体撮像素子が実装される撮像装置の構成について説明する。

図１１において、本実施形態の固体撮像素子１０１は、不図示の光学系で結像された光学像を受光する。アナログフロントエンド（ＡＦＥ）１０２は、基準レベルの調整（クランプ処理）およびアナログデジタル変換処理を行う。デジタルフロントエンド（ＤＦＥ）１０３は、各画素のデジタル出力を受けて画像信号の補正や画素の並び替えなどのデジタル処理を行う。画像処理部１０４は、ＤＦＥ１０３からのデジタル出力に対して現像処理を行う。メモリ回路１０５は画像処理部１０４の作業用メモリであり、連続撮影などにおいてはバッファメモリとしても使用される。制御回路１０６は、撮像装置全体を統括的に制御し、周知のＣＰＵなどを内蔵する。操作回路１０７は、撮像装置の操作部材による操作入力を電気的に受け付ける。表示部１０８は画像などを表示するＬＣＤパネルなどである。記録回路１０９は、具体的にはメモリカードやハードディスクなどの記録媒体である。タイミング発生回路（ＴＧ）１１０は、固体撮像素子１０１を駆動する各種タイミングを生成する駆動部である。

［他の実施形態］
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち本実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステムあるいは装置に供給し、そのシステムあるいは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵなど）がプログラムを読み出して実行する処理である。

また、上述の実施形態では、本発明の固体撮像素子をデジタルカメラなどの撮像装置に実装した例を説明したが、カメラ付き携帯電話や携帯ゲーム機、タブレットやスマートフォンなどの電子機器に本発明を実施しても良い。

Claims (13)

1. 光電変換部と、前記光電変換部により生成された信号電荷を電荷電圧変換する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部により変換された信号を増幅する増幅部と、前記増幅部により増幅された信号を出力するか選択する選択部と、を含む画素部が二次元状に配置された固体撮像素子であって、
   複数の画素部から出力される信号を混合して１つの画素混合信号を生成する画素混合処理において、前記画素混合処理される各画素部のうち、少なくとも１つの画素部の信号出力時間が、他の画素部の信号出力時間と異なるように前記選択部を動作させることを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記選択部は、前記画素混合処理における前記動作を繰り返し、
   前記画素混合処理される複数の画素部のうち、少なくとも１つの画素部の信号出力時間を、他の画素部の信号出力時間より長くすることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記選択部は、前記画素混合処理において、各画素部からの信号出力を異なる位相で周期的に繰り返し、
   前記画素混合処理される複数の画素部のうち、少なくとも１つの画素部が信号出力を継続する時間と、他の画素部が信号出力を継続する時間とを異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
4. 前記選択部は、前記画素混合処理される複数の画素部のうち、少なくとも１つの画素部が信号出力を継続する時間を、他の画素部が信号出力を継続する時間より長くすることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
5. 前記選択部は、前記画素混合処理において、各画素部からの信号出力を異なる位相で周期的に繰り返し、
   前記画素混合処理される複数の画素部のうち、少なくとも１つの画素部が信号出力を行う頻度と、他の画素部が信号出力を行う頻度とを異ならせることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
6. 前記選択部は、前記画素混合処理される複数の画素部のうち、少なくとも１つの画素部が信号出力を行う頻度を、他の画素部が信号出力を行う頻度より多くすることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子。
7. 前記選択部は、前記画素混合処理される複数の画素部のうち、少なくとも１つの画素部の信号出力を前記画素混合処理中に継続させることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
8. 前記選択部は、前記画素混合処理において、各画素部からの信号出力を異なる位相で周期的に繰り返し、
   前記画素部の特性に応じて、前記画素混合処理される複数の画素部のうち、少なくとも１つの画素部と、他の画素部の信号出力時間の比率を異ならせることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
9. 前記選択部は、前記画素混合処理される複数の画素部のうち、少なくとも１つの画素部の信号出力時間の比率を、他の画素部の信号出力時間の比率よりも大きくすることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
10. 前記固体撮像素子は、二次元状に配置された画素部上にベイヤー配列のカラーフィルタが配され、
    前記画素混合処理される複数の画素部は同色のカラーフィルタが配され、前記画素部の特性はカラーフィルタの色であることを特徴とする請求項８または９に記載の固体撮像素子。
11. 前記選択部は、前記画素混合処理される複数の画素部のうち、緑色のカラーフィルタが配された画素部の信号出力時間の比率を、赤色および青色のカラーフィルタが配された画素部の信号出力時間の比率よりも大きくすることを特徴とする請求項９または１０に記載の固体撮像素子。
12. 光電変換部と、前記光電変換部により生成された信号電荷を電荷電圧変換する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部により変換された信号を増幅する増幅部と、前記増幅部により増幅された信号を出力するか選択する選択部と、を含む画素部が二次元状に配置された固体撮像素子と、
    複数の画素部から出力される信号を混合して１つの画素混合信号を生成する画素混合処理において、前記画素混合処理される各画素部のうち、少なくとも１つの画素部の信号出力時間が、他の画素部の信号出力時間と異なるように前記選択部を動作させる駆動部と、を有することを特徴とする撮像装置。
13. 光電変換部と、前記光電変換部により生成された信号電荷を電荷電圧変換する電荷電圧変換部と、前記電荷電圧変換部により変換された信号を増幅する増幅部と、前記増幅部により増幅された信号を出力するか選択する選択部と、を含む画素部が二次元状に配置された固体撮像素子の駆動方法であって、
    複数の画素部から出力される信号を混合して１つの画素混合信号を生成する画素混合処理において、前記画素混合処理される各画素部のうち、少なくとも１つの画素部の信号出力時間が、他の画素部の信号出力時間と異なるように前記選択部を動作させることを特徴とする駆動方法。

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