JP4334950B2

JP4334950B2 - 固体撮像装置

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Publication number: JP4334950B2
Application number: JP2003312720A
Authority: JP
Inventors: 祐一五味; 成介松田; 享裕黒田; 圭一森
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2003-09-04
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2023-09-04
Also published as: JP2005086245A

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フレーム毎に交互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、高画素の撮像素子を用いた固体撮像装置において簡易な構成を維持しつつ、ＡＦ精度を高めると共に、フレームレートの低下を防止することにある。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様によれば、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上記ラインメモリから画素信号を読み出す出力チャンネルと、具備し、上記垂直走査回路及び水平走査回路を制御して、ＡＦ用の画素の中央部連続信号の読み出しとファインダモード用の画素の全領域間引き信号の読み出しとをフレーム毎に交互に行い、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、上記光電変換部の蓄積時間が略同一となるタイミングで、読み出された画素の電荷をリセットする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、高画素の撮像素子を用いた固体撮像装置において簡易な構成を維持しつつ、ＡＦ精度を高めると共に、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交互に読み出すことができる。

本発明の第２の態様によれば、上記第１の態様において、全領域間引き信号の読み出しに係る水平同期信号と、中央部連続信号の読み出しに係る水平同期信号とが同一位相である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、用途に応じた複数種類の信号を交互に読み出すことができる。

本発明によれば、簡易な構成を維持しつつ、ＡＦ用の画素の中央部連続信号の読み出しとファインダモード用の画素の全領域間引き読み出しとをフレーム毎に交互に行うようにしたから、高画素の撮像素子を用いてＡＦ精度を高めると共に、フレームレートの低下を防止した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交互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フレーム毎に交互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。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。

トランジスタ１３−１〜１３−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１３−１〜１３−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ＣＫＴ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を「転送スイッチ」と称する）。

さらに、ラインメモリ１２−１〜１２−ｍは、転送スイッチ１３−１〜１３−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は、ラインメモリ１２−１〜１２−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は、水平走査回路１０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とを備えている。

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。尚、次のフレームで画素選択信号Ｖs1が“Ｈ”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。

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。即ち、用途に応じた２種類の信号をフレーム毎に交互に読み出すことができる。

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。

ＶＤは垂直同期信号、ＨＤは水平同期信号、Ｖ1s，Ｖ2s，・・・は画素選択信号、Ｖ1r，Ｖ2r，・・・は画素リセット信号、ＣＫＴは転送スイッチに入力されるクロック、出力は出力チャンネルから出力される画素信号である。

この順次読み出しの動作に入ると、垂直走査回路３０は、各ユニット３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎの配列方向に順次走査を行う。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より出力される画素選択信号Ｖ1s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ＣＫＴ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。この後、画素リセット信号Ｖ1rが“Ｈ”レベルとなり、画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の電荷がリセットされる。この後、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を順次走査させる。すなわち、水平走査回路１０の各ユニット１０−１〜１０−ｍに向かって走査することにより１ユニットずつ順番に水平選択信号を出力させる。

これにより、１行目の画素Ｐ１１〜ｍ１の各画素信号が、水平選択スイッチ１１−１〜１１−ｍを介して出力チャンネルＣＨ１より出力される。

次の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より出力される画素選択信号Ｖ2s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に入力されるクロックＣＫＴ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１２−１〜１２−ｍに記憶される。この後、画素リセット信号Ｖ2rが“Ｈ”レベルとなり、画素Ｐ１２〜Ｐｍ２の電荷がリセットされる。

この後、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を順次走査させる。即ち、水平走査回路１０の各ユニット１０−１〜１０−ｍに向かって走査することにより１ユニットずつ順番に水平選択信号を出力させる。

これにより、２行目の画素Ｐ１２〜ｍ２の各画素信号が、水平選択スイッチ１１−１〜１１−ｍを介して出力チャンネルＣＨ１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各行の画素が順次に選択され、水平有効期間中に行毎の画素信号が出力されることで、全画素が順次に読み出される。

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フレームづつ交互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。

図５，６に示されるように、第１の実施の形態に係る固体撮像装置では、１フレーム目では中央部連続信号の読み出しを行い、２フレーム目では全領域間引き信号の読み出しを行い、以降、これをフレーム毎に交互に繰り返す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。ここで違うのは、全領域間引き読み出しのフレームと中央部連続読み出しのフレームとで、垂直走査回路３０により同じ行を選択するが、水平走査回路１０での選択の仕方を変えている点にある。

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。

１フレーム目では、図６に示したような中央部連続信号の読み出しを行う。

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より出力される画素選択信号Ｖ1s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ＣＫＴ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。この後、画素リセット信号Ｖ1rが“Ｈ”レベルとなり、画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の電荷がリセットされる。

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１０−７〜１０−１２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１１−７〜１１−１２を介して出力チャンネルＣＨ１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（各７〜１２列）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（各７〜１２列）の画素信号が出力されることで、図６に示されるような読み出しがなされる。

２フレーム目では、図５に示したような全領域間引き信号の読み出しを行う。

その後に、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１０の各ユニット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。これ以降は、前述したのと同様に水平ブランキング期間中に４行目、７行目の画素（各１，４，７，１０，１３，１６列）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（各１，４，７，１０，１３，１６列）の画素信号が出力されることで図５に示されるような読み出しがなされることになる。

そして、このような中央部連続信号の読み出し、全領域間引き信号の読み出しをフレーム毎に交互に繰り返すことになる。

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、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。

（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に示したような態様で画素を１フレームづつ交互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、１フレーム目では、図８に示されるような中央部連続信号の読み出しを行い、２フレーム目では全領域間引き信号の読み出しを行い、以降、これをフレーム毎に交互に繰り返す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）だけを読み出す。さらに、フレーム毎に読み出す行が異なるので、蓄積時間を揃えるべく、所定のタイミングで画素リセット信号Ｖ1rを“Ｈ”レベルにして（電子シャッタを用いて）、画素をリセットしている点に特徴がある。例えば、全領域間引き信号の読み出しでは、２行目の信号は読み出さないが、電子シャッタを使って蓄積時間を制御して、続く中央部連続信号の読み出し時の蓄積時間をコントロールしている。ここで、全領域間引き信号の読み出しに係る水平同期信号ＨＤの周期は、中央部連続信号の読み出しに係る水平同期信号ＨＤの整数倍となっており、間引き数に対応して、間引き読み出しされる行については、連続して読み出す場合を考慮して、位相をずらしながらリセットをかけている。

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。

１フレーム目では、図８に示したような中央部連続信号の読み出しを行う。

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１０−９，１０−１０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１１−９，１１−１０を介して出力チャンネルＣＨ１より出力される。

そして、フレーム毎に読み出す行が異なるので、蓄積時間を揃えるべく、所定のタイミングで再び画素リセット信号Ｖ1rを“Ｈ”レベルにして（電子シャッタを用いて）、画素をリセットする（この例では、１，４，７行目で行われる）。

これ以降は、同様に水平ブランキング期間中に全行の画素（各９，１０列）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（各９，１０列）画素信号が出力されることで、図８に示されるような読み出しがなされる。

２フレーム目では、図５に示したような全領域間引き信号の読み出しを行う。これについては、第１の実施の形態で説明した通りであるので、重複した説明を省略する。

このような中央部連続信号の読み出し、全領域間引き信号の読み出しをフレーム毎に交互に繰り返すことになる。

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、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。

（第３の実施の形態）
以下、図１０，１１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は中央部連続信号の読み出しパターン例を示しており、図１１は図５，１０に示したような態様で画素を１フレームづつ交互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。

第３の実施の形態に係る固体撮像装置では、１フレーム目では、図１０に示されるような中央部連続信号の読み出しを行い、２フレーム目では全領域間引き信号の読み出しを行い、以降、これをフレーム毎に交互に繰り返すことを特徴としている。そのとき、フレーム毎に読み出す行が異なるので、蓄積時間を揃えるべく、所定のタイミングで画素リセット信号Ｖ1rを“Ｈ”レベルにして（電子シャッタを用いて）、画素をリセットしている点に特徴がある。ここでは、フレームの周期を変えないことが前提となっており、さらに水平同期信号ＨＤの位相は、各フレームで共通している。

以下、図１１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。

１フレーム目では、図１０に示したような中央部連続信号の読み出しを行う。

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４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より出力される画素選択信号Ｖ4sが“Ｈ”レベルとなると、４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ＣＫＴ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。この後、画素リセット信号Ｖ4rが“Ｈ”レベルとなり、画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の電荷がリセットされる。

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１０−７〜１０−１２より水平選択信号を出力し、４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１１−７〜１１−１２を介して出力チャンネルＣＨ１より出力される。

そして、フレーム毎に読み出す行が異なるので、蓄積時間を揃えるべく、所定のタイミングで再び画素リセット信号Ｖ4rを“Ｈ”レベルにして（電子シャッタを用いて）、画素をリセットする（この例では、４〜６行目で行われる）。

これ以降は、同様に水平ブランキング期間中に５，６行目の画素（各７〜１２列）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（各７〜１２列）画素信号が出力されることで、図１０に示されるような読み出しがなされる。

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、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。

（第４の実施の形態）
以下、図１２、１３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１２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１３は図５，１２に示したような態様で画素を１フレームづつ交互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の実施の形態に係る固体撮像装置では、１フレーム目では、図１２に示されるような中央部連続信号の読み出しを行い、２フレーム目では全領域間引き信号の読み出しを行い、以降、これをフレーム毎に交互に繰り返す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と全画素間引き信号の読み出しとで、読み出し対象の画素が重なる場合がある。同じならばフレーム単位でずれているだけなので問題はないが、読み出される順番が異なるので、電子シャッタでコントロールできる場合とできない場合がある。そこで、同じラインについては当該ラインを無視し、重なっている部分を使わないようにしているのが本実施の形態の特徴の一つである。

以下、図１３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。

１フレーム目では、図１２に示したような中央部連続信号の読み出しを行う。

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３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より出力される画素選択信号Ｖ3sが“Ｈ”レベルとなると、３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ＣＫＴ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。この後、画素リセット信号Ｖ3rが“Ｈ”レベルとなり、画素Ｐ１１〜Ｐｍ１の電荷がリセットされる。

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１０−７〜１０−１２より水平選択信号を出力し、３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１１−７〜１１−１２を介して出力チャンネルＣＨ１より出力される。

そして、フレーム毎に読み出す行が異なるので、蓄積時間を揃えるべく、所定のタイミングで再び画素リセット信号Ｖ3rを“Ｈ”レベルにして（電子シャッタを用いて）、画素をリセットする（この例では、３，５，６行目で行われる）。

これ以降は、同様に水平ブランキング期間中に５，６行目の画素（各７〜１２列）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（各７〜１２列）画素信号が出力されることで、図１２に示されるような読み出しがなされる。

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、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１４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１４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１５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、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１４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、３０・・・垂直走査回路。

Claims

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上記ラインメモリから画素信号を読み出す出力チャンネルと、
を具備し、
上記垂直走査回路及び水平走査回路を制御して、ＡＦ用の画素の中央部連続信号の読み出しとファインダモード用の画素の全領域間引き信号の読み出しとをフレーム毎に交互に行い、
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、
上記光電変換部の蓄積時間が略同一となるタイミングで、読み出された画素の電荷をリセットすることを特徴とする固体撮像装置。
全領域間引き信号の読み出しに係る水平同期信号と、中央部連続信号の読み出しに係る水平同期信号とが同一位相であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。