JP7453819B2 - イメージセンサ及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、二次元画素配列のイメージセンサ及び撮像装置に関する。

近年、イメージセンサの多画素化・ハイフレームレート化に向けた画素信号読み出し回路の高速化が求められている。高速な画素信号読み出し回路技術として、二次元画素配列の画素アレイの各列にアナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換回路を搭載した列並列Ａ／Ｄ変換回路が広く用いられている。

例えば、図１１は、従来技術における列並列Ａ／Ｄ変換回路１０３を備えるイメージセンサ１００の概略構成を示すブロック図である。

図１１に示すように、従来技術におけるイメージセンサ１００は、画素アレイ１０１、行選択回路１０２、及び複数のＡ／Ｄ変換回路を画素アレイ１０１の各列に配列した列並列Ａ／Ｄ変換回路１０３を、備える。

画素アレイ１０１は、水平方向（ｘ軸）及び垂直方向（ｙ軸）の画素列として列及び行の二次元のグリッド状に画素１０１ａが並べられ、垂直方向に配列される画素１０１ａの画素列は、列毎の画素信号線に選択的に接続可能に配設され、各列の画素信号線は列並列Ａ／Ｄ変換回路１０３における各Ａ／Ｄ変換回路に接続される。以降の説明ではイメージセンサ１００の水平画素数をＨ列、垂直画素数をＶ行とする。

画素１０１ａは、図１１では図示を省略しているが、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードＰＤと、電荷を電圧に変換する浮遊容量であるフローティングディフュージョンＦＤと、ＦＤの電圧を一定値にリセットするリセットトランジスタＲＳＴと、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷をＦＤに転送する転送ゲートＴＸと、ＦＤの電圧を出力するアンプＡＭＰと、アンプＡＭＰの出力を画素信号線に選択的に接続する行選択スイッチＳＬとから構成される。

行選択回路１０２は、行選択信号（ＳＬ信号）、リセット信号（ＲＳＴ信号）、及び電荷転送信号（ＴＸ信号）からなる画素駆動信号を、１行目からＶ行目に配線される各画素駆動信号線に対して供給し、ｘ軸方向のＨ個の画素信号の読み出しをｙ軸方向の１行目からＶ行目の順で繰り返し行う回路である。より具体的には、行選択回路１０２は、行選択信号（ＳＬ信号）により行選択スイッチＳＬをＯＮして画素信号の出力選択を行い、リセット信号（ＲＳＴ信号）によりリセットトランジスタＲＳＴのＯＮ／ＯＦＦ動作を行ってＦＤの電圧を一定値にリセットし、電荷転送信号（ＴＸ信号）により転送ゲートＴＸのＯＮ／ＯＦＦ動作を行って画素信号を出力して、行選択スイッチＳＬをＯＦＦする一連の動作で画素信号の読み出しを行う際に、ｘ軸方向のＨ個の画素信号の読み出しをｙ軸方向の１行目からＶ行目の順で繰り返し、Ｈ個の画素信号を各列の画素信号線経由で並列に、列並列Ａ／Ｄ変換回路１０３におけるＨ個の各Ａ／Ｄ変換回路へと出力させるように駆動する。

列並列Ａ／Ｄ変換回路１０３は、行選択回路１０２により読み出されるＨ個の画素信号を同タイミングで一斉にＡ／Ｄ変換してデジタル信号化し、１列目からＨ列目の順で順次、センサ出力信号として外部に出力する回路である。

このような列並列Ａ／Ｄ変換回路を用いたイメージセンサ１００では、撮像画像においてストリーキングノイズとよばれるノイズが生じることがある。

ストリーキングノイズは、例えば高輝度被写体を撮影した際にその左右に帯状に現れる信号の浮き上がり、もしくは沈み込みを生じさせるノイズである。ストリーキングノイズが生じる理由として種々の要因が考えられるが、例えば、列並列Ａ／Ｄ変換回路１０３に入力される各Ａ／Ｄ変換回路のそれぞれの画素信号の大きさに依存して各Ａ／Ｄ変換回路の全体として消費電力変動が生じ、その消費電力変動がイメージセンサ１００全体の電源電圧に変動を生じさせたり、各Ａ／Ｄ変換回路の基準電圧に変動を生じさせたりすることでストリーキングノイズが生じることがある。

即ち、通常、列並列Ａ／Ｄ変換回路１０３は電源電圧や基準電圧の配線を列間で共有している。そして、列並列Ａ／Ｄ変換回路１０３は行選択回路１０２で選択したｘ軸方向に一列に並んだ画素信号を一斉にＡ／Ｄ変換処理する。そのため、画素信号に依存して電源電圧や基準電圧が変動すると、その影響はその左右の列のＡ／Ｄ変換処理に伝搬する。その結果、帯状の信号の浮き上がりや沈み込みが発生する。

図１２（ａ）乃至（ｄ）は、それぞれストリーキングノイズの発生の典型例を示す図である。まず、図１２（ａ）に示す被写体像Ａのように、水平ライン状のパターンをｘ軸方向に有する輝度の高い壁を背景にして、その前景にある輝度の低い被写体を撮像すると、その被写体像Ａの撮影画像には、図１２（ｃ）に破線枠で強調して図示するように大きなストリーキングノイズが発生することがある。また、図１２（ｂ）に示す被写体像Ｂのように、輝度の低い領域に輝度の高い水平ライン状のパターンをｘ軸方向に有する被写体を撮像すると、その被写体像Ｂの撮影画像には、図１２（ｄ）に破線枠で強調して図示するように、そのパターンの左右と中央のパターンの隙間の部分に、大きなストリーキングノイズが発生することがある。

これらの被写体例はストリーキングノイズがある程度抑えられていても、目につきやすいストリーキングノイズ発生しうる典型的なパターンである。

ストリーキングノイズの発生を抑制する技術として、Ａ／Ｄ変換回路に対して、電源電圧や基準信号電圧の変動を抑える工夫を加える技術が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、発生したストリーキングノイズを補正する技術として、画素の有効領域の左右に備えられた遮光画素領域（ＯＢ（Optical Black）画素領域）の信号値を有効領域の信号値から減算するＯＢクランプ処理を行うことで、ストリーキングや電源起因の横引きノイズを低減する技術が知られている（例えば、特許文献３，４参照）。

国際公開第２０１４／０８７５６１号 特開２０１２－７４７６４号公報 特開２００９－１０５５８１号公報 特開２００５－１３０３３１号公報

上述したように、列並列Ａ／Ｄ変換回路を用いたイメージセンサ１００では、撮像した取得画像においてストリーキングノイズとよばれるノイズが生じることがある。

そこで、従来、特許文献１，２に開示されるように、ストリーキングノイズの発生を抑制する技術として、Ａ／Ｄ変換回路に対して、電源電圧や基準信号電圧の変動を抑える工夫を加える技術が知られている。しかしながら、これらの技術は、ストリーキングノイズの特性はＡ／Ｄ変換方式や、各画素信号線の配線抵抗、配線容量などによって大きく変化してしまうため、さまざまな構成をとりうる一般のイメージセンサに同様の技術を適応することは容易ではない。また、ストリーキングノイズは、列並列Ａ／Ｄ変換回路における列間の相互作用によって生じる現象であるため、画素数が膨大になったり複雑なＡ／Ｄ変換回路を用いたりした場合、設計の際に行う回路動作シミュレーション等でストリーキングノイズの挙動を正確に把握することは困難である。したがって、特許文献１，２に開示される技術で、ストリーキングノイズの発生を完全に抑制することは容易ではない。

また、特許文献３，４に開示されるように、ＯＢクランプ処理を行うことで、ストリーキングや電源起因の横引きノイズを低減する手法では、ストリーキングノイズとして水平位置依存性が少ない場合は有効であるが、水平位置依存性が高い場合、画素の有効領域の左右のＯＢ領域から位置的に遠い画面中央部において除去精度が低下する。したがってＯＢクランプの技術を用いても、撮影画像からストリーキングノイズを完全に除去することは容易ではない。更に、図１２（ａ），（ｂ）に例示したパターンでは、それぞれ図１２（ｃ），（ｄ）に示すように中央部にもストリーキングノイズが存在するため、ストリーキングノイズに水平位置依存性が高い場合、ＯＢクランプによる補正も困難である。このようなストリーキングノイズは、図１２（ａ），（ｂ）に例示したパターンに限らず、看板、窓枠、壁の装飾、蛍光灯など一般的に広く存在する被写体を撮影した際に頻繁に生じるため、特に問題になりやすい。

従って、本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、被写体を撮影した際に発生するストリーキングノイズを抑制可能とする、二次元画素配列のイメージセンサ及び撮像装置を提供することにある。

本発明のイメージセンサは、二次元画素配列のイメージセンサであって、水平方向及び垂直方向の画素列として列及び行の二次元のグリッド状に画素が並べられている画素アレイと、所定の画素駆動信号により、前記二次元画素配列の全ての列における各行に対して、画素信号を水平方向に対して傾斜して読み出す傾斜読取動作用に選択される複数の画素信号の読み出しを行う手段を有する行選択回路と、前記行選択回路によって読み出される当該複数の画素信号を同タイミングでアナログ／デジタル変換してデジタル信号化し、センサ出力信号として外部に出力する列並列Ａ／Ｄ変換回路と、を備え、前記傾斜読取動作は、当該水平方向に対し所定間隔で垂直方向に所定の行数分をずらして選択される画素信号の読み出しを行う動作として構成されていることを特徴とする。

また、本発明のイメージセンサにおいて、前記行選択回路は、１種類以上の前記傾斜読取動作を行う機能を有することを特徴とする。

また、本発明のイメージセンサにおいて、前記画素アレイは、前記所定の画素駆動信号を供給する各画素駆動信号線上に、水平方向では前記二次元画素配列の所定間隔の列毎に、垂直方向では前記二次元画素配列の同列に、外部からの読出方向選択信号によって、画素信号の読み出し方向の切り替えを可能とする所定個の読出方向切替スイッチを有することを特徴とする。

また、本発明のイメージセンサにおいて、前記所定個の読出方向切替スイッチは、前記読出方向選択信号によって、画素信号を水平方向に読み出す水平読出動作と、画素信号を水平方向に対して傾斜して読み出す傾斜読出動作とを切り替えるように構成されていることを特徴とする。

また、本発明のイメージセンサにおいて、前記傾斜読出動作は、水平方向に対する傾斜角度について、前記読出方向選択信号によって指定されることにより調節可能に構成されていることを特徴とする。

また、本発明のイメージセンサにおいて、前記傾斜読出動作は、水平方向に対する傾斜角度、傾斜方向、及び傾斜間隔のうち１以上が異なる複数種の傾斜読出動作を含み、前記読出方向選択信号によって指定されることにより調節可能に構成されていることを特徴とする。

また、本発明のイメージセンサにおいて、前記所定個の読出方向切替スイッチは、前記読出方向選択信号によって、前記傾斜読取動作を行うための傾斜接続を可能とする折り返し配線部への接続と、前記水平読出動作を行うための水平接続を可能とする接続とを切り替え可能に構成されていることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、本発明のイメージセンサと、該イメージセンサから出力されるセンサ出力信号を一時記憶するメモリと、前記二次元画素配列に対応する一撮像画像分のセンサ出力信号を前記メモリから読み出し、画像表示を行う表示部に対応する表示形態の撮像画像へと再構成する画像書込・読出制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の撮像装置は、本発明のイメージセンサと、操作部からの操作指示に従い、前記二次元画素配列における画素信号を水平方向に読み出す水平読出動作と、前記二次元画素配列における画素信号を水平方向に対して傾斜して読み出す傾斜読出動作に関する動作モードについて選択的に指定する読出方向選択信号を前記イメージセンサに出力するセンサ制御部と、前記イメージセンサから前記動作モードに応じたセンサ出力信号を入力して一時記憶するメモリと、前記二次元画素配列に対応する一撮像画像分のセンサ出力信号を前記メモリから読み出し、画像表示を行う表示部に対応する表示形態の撮像画像へと再構成する画像書込・読出制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、被写体を撮影した際に発生するストリーキングノイズを抑制することができる。

本発明による第１実施形態のイメージセンサの概略構成（水平読出動作時）を示すブロック図である。 本発明による第１実施形態のイメージセンサの概略構成（水平読出動作時）における図１に示すＡ視詳細図である。 本発明による第１実施形態のイメージセンサの概略構成（傾斜読出動作時）を示すブロック図である。 本発明による第１実施形態のイメージセンサの概略構成（傾斜読出動作時）における図３に示すＢ視詳細図である。 本発明による第１実施形態のイメージセンサを備える撮像装置の概略構成を示すブロック図である。 （ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明による第１実施形態のイメージセンサにより、典型的な被写体像についてストリーキングノイズの発生を抑圧する動作例を示す図である。 本発明による第２実施形態のイメージセンサの概略構成（水平読出動作時）を示すブロック図である。 本発明による第２実施形態のイメージセンサの概略構成（傾斜読出動作時）を示すブロック図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、本発明による各実施形態のイメージセンサによる傾斜読出動作の代表的な動作例を示す図である。 本発明による第３実施形態のイメージセンサの概略構成（傾斜読出専用）を示すブロック図である。 従来技術における列並列Ａ／Ｄ変換回路を備えるイメージセンサ１００の概略構成を示すブロック図である。 （ａ）乃至（ｄ）は、それぞれストリーキングノイズの発生の典型例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明による各実施形態のイメージセンサ１０と、撮像装置１について説明する。

〔第１実施形態〕
（イメージセンサ）
図１は、本発明による第１実施形態のイメージセンサ１０の概略構成（水平読出動作時）を示すブロック図であり、図２は、図１に示すＡ視詳細図である。また、図３は、本発明による第１実施形態のイメージセンサ１０の概略構成（傾斜読出動作時）を示すブロック図であり、図４は、図３に示すＢ視詳細図である。

まず、本実施形態のイメージセンサ１０は、図１に示す「水平読出動作」、及び図３に示す「傾斜読出動作」として、本例では大別して二種類の動作モードを持つように構成され、図１及び図３に示すように、複数の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を有する画素アレイ１１、第１の行選択回路１２、複数のＡ／Ｄ変換回路を画素アレイ１１の各列に配列した列並列Ａ／Ｄ変換回路１３、及び第２の行選択回路１４を備える。

即ち、図１乃至図４に示す第１実施形態のイメージセンサ１０は、図１１に示す従来技術のイメージセンサ１００と比較して、画素アレイ１１に複数の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５が設けられている点と、第２の行選択回路１４を備える点で相違しており、第１の行選択回路１２及び列並列Ａ／Ｄ変換回路１３は、それぞれ図１１に示す行選択回路１０２及び列並列Ａ／Ｄ変換回路１０３と同様の構成とすることができる。

画素アレイ１１は、水平方向（ｘ軸）及び垂直方向（ｙ軸）の画素列として列及び行の二次元のグリッド状に画素１１ａが並べられ、垂直方向に配列される画素１１ａの画素列は、列毎の画素信号線に選択的に接続可能に配設され、各列の画素信号線は列並列Ａ／Ｄ変換回路１３における各Ａ／Ｄ変換回路に接続される点では従来技術と同様である。ここで、イメージセンサ１０の水平画素数をＨ列、垂直画素数をＶ行とする。

そして、図１及び図３に示す画素１１ａは、図２及び図４に示すように、光を電荷に変換して蓄積するフォトダイオードＰＤと、電荷を電圧に変換する浮遊容量であるフローティングディフュージョンＦＤと、ＦＤの電圧を一定値にリセットするリセットトランジスタＲＳＴと、フォトダイオードＰＤに蓄積された電荷をＦＤに転送する転送ゲートＴＸと、ＦＤの電圧を出力するアンプＡＭＰと、アンプＡＭＰの出力を画素信号線に選択的に接続する行選択スイッチＳＬとから構成される点でも従来技術と同様である。

ただし、本実施形態の画素アレイ１１は、行選択信号（ＳＬ信号）、リセット信号（ＲＳＴ信号）、及び電荷転送信号（ＴＸ信号）からなる画素駆動信号を供給する１行目からＶ行目に配線される各画素駆動信号線上において、水平方向では当該二次元画素配列の所定間隔の列毎にｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５が設けられている点で、従来技術とは相違している。水平方向でｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５は、垂直方向では当該二次元画素配列の同列に設けられ、全体としてＶ×ｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５が設けられており、外部からの読出方向選択信号によって、画素信号の読み出し方向の切り替えを可能となっている。

図１及び図３に示す各読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５は、図１に示すＡ視詳細図である図２、及び図３に示すＢ視詳細図である図３に示すように、行選択信号（ＳＬ信号）用の切替スイッチ１５Ｓ、リセット信号（ＲＳＴ信号）用の切替スイッチ１５Ｒ、及び電荷転送信号（ＴＸ信号）用の切替スイッチ１５Ｔを１組として構成される。

そして、本実施形態のイメージセンサ１０は、外部からの読出方向選択信号によって「水平読出動作」の動作モードが指定されるときは図１に示すようになり、画素駆動信号を水平方向の画素に伝える接続（以下、「水平接続」とも称する。）とすることができる。また、本実施形態のイメージセンサ１０は、外部からの読出方向選択信号によって「傾斜読出動作」の動作モードが指定されるときは例えば図３に示すようになり、画素駆動信号を本例では斜め下方向の画素に伝える接続（以下、「傾斜接続」とも称する。）とすることができる。即ち、本実施形態のイメージセンサ１０は、「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の動作モードを、外部からの読出方向選択信号によって切り替えることができる。

また、本実施形態のイメージセンサ１０では、「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の動作モードの切り替えに対応するように、行選択信号（ＳＬ信号）、リセット信号（ＲＳＴ信号）、及び電荷転送信号（ＴＸ信号）からなる画素駆動信号を、画素アレイ１１の図示左右両側におけるそれぞれ第１画素駆動信号線と第２駆動信号線にタイミング制御して供給する第１の行選択回路１２及び第２の行選択回路１４を備えている。

第１の行選択回路１２は、行選択信号（ＳＬ信号）、リセット信号（ＲＳＴ信号）、及び電荷転送信号（ＴＸ信号）からなる画素駆動信号を、その出力先となる１行目からＶ行目に配線される各第１画素駆動信号線に対して供給し、「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の動作モードに従う水平方向又は水平方向から傾斜させた傾斜方向のＨ個の画素信号の読み出しを当該１行目からＶ行目の順で繰り返し行う回路である。より具体的には、第１の行選択回路１２は、行選択信号（ＳＬ信号）により行選択スイッチＳＬをＯＮして画素信号の出力選択を行い、リセット信号（ＲＳＴ信号）によりリセットトランジスタＲＳＴのＯＮ／ＯＦＦ動作を行ってＦＤの電圧を一定値にリセットし、電荷転送信号（ＴＸ信号）により転送ゲートＴＸのＯＮ／ＯＦＦ動作を行って画素信号を出力して、行選択スイッチＳＬをＯＦＦする一連の動作で画素信号の読み出しを行い、「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の動作モードに従うｘ軸方向又はｘ軸に対し所定角度の傾斜方向のＨ個の画素の読み出しをその出力先となるｙ軸方向の１行目からＶ行目の順で繰り返し、第２の行選択回路１４と協働して、Ｈ個の画素信号を各列の画素信号線経由で並列に、列並列Ａ／Ｄ変換回路１３におけるＨ個の各Ａ／Ｄ変換回路へと出力させるように駆動する。

第２の行選択回路１４は、行選択信号（ＳＬ信号）、リセット信号（ＲＳＴ信号）、及び電荷転送信号（ＴＸ信号）からなる画素駆動信号を、その出力先となる１行目からＶ行目に配線される各第２画素駆動信号線に対して供給し、「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の動作モードに従う水平方向又は水平方向から傾斜させた傾斜方向のＨ個の画素信号の読み出しを当該動作モードに従う行順で繰り返し行う回路である。より具体的には、第２の行選択回路１４は、行選択信号（ＳＬ信号）により行選択スイッチＳＬをＯＮして画素信号の出力選択を行い、リセット信号（ＲＳＴ信号）によりリセットトランジスタＲＳＴのＯＮ／ＯＦＦ動作を行ってＦＤの電圧を一定値にリセットし、電荷転送信号（ＴＸ信号）により転送ゲートＴＸのＯＮ／ＯＦＦ動作を行って画素信号を出力して、行選択スイッチＳＬをＯＦＦする一連の動作で画素信号の読み出しを行い、「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の動作モードに従う水平方向又は水平方向から傾斜させた傾斜方向のＨ個の画素信号の読み出しを当該動作モードに従う行順で繰り返し、第１の行選択回路１２と協働して、Ｈ個の画素信号を各列の画素信号線経由で並列に、列並列Ａ／Ｄ変換回路１３におけるＨ個の各Ａ／Ｄ変換回路へと出力させるように駆動する。

即ち、図１に示す「水平読出動作時」では、第２の行選択回路１４が第２画素駆動信号線に供給する画素駆動信号は、第１の行選択回路１２が第１画素駆動信号線に供給する画素駆動信号に対し行選択を同タイミングとなっている。

一方、図３に示す「傾斜読出動作時」では、第２の行選択回路１４が第２画素駆動信号線に供給する画素駆動信号は、第１の行選択回路１２が第１画素駆動信号線に供給する画素駆動信号に対し行選択をｎ行分ずらしたタイミングとなっている。

特に、第１及び第２の行選択回路１２，１４は、「傾斜読出動作」時では、画素アレイ１１の二次元画素配列の全ての列における各行に対して、その「傾斜読出動作」用に選択される複数の画素信号の読み出し（二次元画素配列における水平方向の画素列に対し所定間隔で垂直方向に所定の行数分をずらして選択される画素信号の読み出し）を行う。

列並列Ａ／Ｄ変換回路１３は、第１及び第２の行選択回路１２，１４により「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の動作モードに従って選択され読み出されるＨ個の画素信号を同タイミングでＡ／Ｄ変換してデジタル信号化し、１列目からＨ列目の順で順次、繰り返しデジタル画素信号をセンサ出力信号として外部に出力する回路である。

（撮像装置）
図５は、本発明による第１実施形態のイメージセンサ１０を備える撮像装置１の概略構成を示すブロック図である。撮像装置１は、イメージセンサ１０、制御部２、メモリ３、操作部４、表示部５、及び記録部６を備える。

制御部２は、センサ制御部２０、画像書込・読出制御部２１、及び画像処理部２２を備える。

センサ制御部２０は、操作部４からの操作指示に従い、「水平読出動作」と「傾斜読出動作」に関する動作モードについて選択的に指定する読出方向選択信号を、本実施形態のイメージセンサ１０に出力する機能部である。

画像書込・読出制御部２１は、「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の動作モードに応じたセンサ出力信号を、本実施形態のイメージセンサ１０から入力してメモリ３に一時記憶し、二次元画素配列に対応する一撮像画像分のセンサ出力信号がメモリ３に一時記憶された時点で、当該一撮像画像分のセンサ出力信号をメモリ３から読み出し、画像表示を行う表示部５に対応する表示形態の撮像画像へと再構成（つまり、傾斜読出動作時では、そのセンサ出力信号を水平読出動作時と同様に再構成）して画像処理部２２に出力する機能部である。

画像処理部２２は、画像書込・読出制御部２１から得られる撮像画像に対しガンマ補正等の種々の画像処理を行って、表示部５に出力するか、或いは記録部６に記録する機能部である。

操作部４は、撮像装置１の操作を行うためのユーザ・インターフェースであり、本実施形態では、「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の動作モードをユーザの操作で選択指定できるようになっている。

尚、制御部２は、操作部４からの操作指示により、記録部６に記録された撮像画像を表示部５に出力して表示させるように制御する機能を有している。

（イメージセンサの撮像動作）
以上のような構成のイメージセンサ１０及び撮像装置１とすることで、図１２に例示する従来の水平な走査線による読み出し（水平読出動作）と、その水平な走査線に対し傾斜をかけた読み出し（傾斜読出動作）の両方を同一のセンサ（イメージセンサ１０）で実現でき、これにより被写体像に応じて動作モードを切り替えてストリーキングノイズを抑圧することができる。

例えば、図１２（ａ），（ｂ）に例示する被写体像Ａ，Ｂについては、傾斜読出動作によって、図６（ａ），（ｂ）から理解されるように、ストリーキングノイズを抑圧することができる。図６（ａ），（ｂ）は、それぞれ本発明による第１実施形態のイメージセンサ１０により、典型的な被写体像についてストリーキングノイズの発生を抑圧する動作例を示す図である。

本実施形態のイメージセンサ１０によれば、傾斜読出動作によって、第１及び第２の行選択回路１２，１４から出力された画素駆動信号は、それぞれｎ行にシフトしながらＨ列にわたって伝達されるため、図６（ａ），（ｂ）にそれぞれ典型例として示した被写体像Ａ，Ｂについて水平な走査線（ｘ軸方向の走査線）に角度θ＝ｔａｎ^－１（ｎ／Ｈ）の傾斜をかけることができ、ストリーキングノイズの発生を抑圧することができる。また、読出方向選択信号は、傾斜角θを指定するものとして傾斜角θを調節することも可能であり、例えば各行のｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５のうち一部のスイッチを間引いて、その間引いたスイッチは水平接続とすればよい。このとき間引いたスイッチの数だけ第２の行選択回路１４による行選択のタイミングも併せてずらすように制御する。これにより、傾斜角θを０からｔａｎ^－１（ｎ／Ｈ）の範囲でｎステップの調節が可能となる。

（変形例）
上述した例では、二次元画素配列の各行に配置するｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を等間隔に配設する例を説明したが、各読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５の水平方向の位置が全ての行で揃っていればよく（即ち、各読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５が垂直方向（ｙ軸方向）に一列に並んでいればよく）、各読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５の間隔は等間隔でなくても傾斜読出動作を実現することができる。

また、ｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を傾斜接続する際の１スイッチあたりの行シフト量は、上述した１行ずつとする例に限らず、予め定めた任意の数に増加させるように各読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を配設することも可能である。例えば、ｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を傾斜接続する際に、１スイッチあたりの行シフト量をａ行とした場合、水平な走査線に対する最大傾斜をθ＝ｔａｎ^－１（ａ・ｎ／Ｈ）とすることができる。

〔第２実施形態〕
（イメージセンサ）
図７は、本発明による第２実施形態のイメージセンサ１０の概略構成（水平読出動作時）を示すブロック図であり、図８は、本発明による第２実施形態のイメージセンサ１０の概略構成（傾斜読出動作時）を示すブロック図である。尚、図７及び図８において、第１実施形態と同様な構成要素には、同一の参照番号を付している。

図７及び図８に示す本実施形態のイメージセンサ１０は、第１実施形態と同様に、大別して「水平読出動作」と「傾斜読出動作」の本例では二種類の動作モードを持つように構成され、画素アレイ１１、行選択回路１２、列並列Ａ／Ｄ変換回路１３、及び折り返し配線部１６Ａ，１６Ｂを備える。

第２実施形態における画素アレイ１１、行選択回路１２、及び列並列Ａ／Ｄ変換回路１３の構成自体は、画素アレイ１１の各行におけるｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５の構造を除き、第１実施形態と同様であり、更なる説明は省略する。また、第２実施形態に係る撮像装置１の構成についても、第１実施形態と同様であり、更なる説明は省略する。

即ち、上述した第１実施形態では、行選択回路を２系統用いて実施する例を示したが、第２実施形態では、図７及び図８に示すような、折り返し配線部１６Ａ，１６Ｂを用いる各行におけるｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５の構造に変更を加えており、これにより行選択回路を１系統でもよくなり、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

即ち、図７及び図８に示すように、本実施形態では、各行におけるｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５は折り返し配線部１６Ａ，１６Ｂを用いるものとし、１つの行選択回路１２で済むようにしている。折り返し配線部１６Ａ，１６Ｂは、画素領域の図示上下に配置され、折り返し配線部１６ＡのＬ１～Ｌｎ端子と折り返し配線部１６ＢのＬ１’～Ｌｎ’端子とが電気的に接続されている。これにより、各行におけるｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５は、水平接続とするか、或いは折り返し配線部１６Ａ，１６Ｂ経由で傾斜接続とするかを切り替えることができる。

本実施形態において、水平読出動作時は、図７に示すように各行におけるｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を全て水平接続とし、尚且つ折り返し配線部１６Ａ，１６Ｂへの接続を全てオフとする。

また、本実施形態において、傾斜読出動作時は、図８に示すように各行におけるｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を全て折り返し配線部１６Ａ，１６Ｂ経由の傾斜接続とする。これにより、行選択回路１２における各画素駆動走査線は、右端のＨ列目の画素位置に到達するまでにｎ行下にシフトし、画素駆動信号が途中でＶ行目まで到達しても、折り返し配線部１６Ａ，１６Ｂを経由して画素駆動信号が１行目まで折り返されるため、全ての画素に画素駆動信号を行き渡らせることができる。

そして、本実施形態においても上述した第１実施形態の変形例を適用することができ、第１実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。

（傾斜読出動作の代表例）
尚、上述した第１及び第２実施形態の例では、図１又は図７に示す「水平読出動作」、及び図３又は図８に示す「傾斜読出動作」として、大別して二種類の動作モードを持つ構成を例に説明したが、種々の傾斜読取動作を行う構成とすることができる。例えば、第１実施形態、或いは第２実施形態では、ｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を水平接続と一方向の傾斜接続の２方向を切り替えて選択する構成を説明したが、これを３方向の切り替えに変更し、例えば水平接続、斜め上の画素との接続、斜め下の画素との接続とする３方向の切り替えを可能とする構成としてもよい。また、第１実施形態及び第２実施形態を組み合わせた構成としてもよく、例えば第１実施形態のような２個の行選択回路１２，１４と、第２実施形態のような折り返し配線部１６Ａ，１６Ｂを有する実施形態とすることで、山型又はジグザグ型、或いは曲線とするなど、予め定めた複数種の傾斜読出動作を実現できる。図９（ａ）乃至（ｄ）には、本発明による各実施形態のイメージセンサ１０による傾斜読出動作の代表的な動作例として、それぞれ下方傾斜読み出し、上方傾斜読み出し、ジグザグ傾斜読み出し、及び曲線傾斜読み出しを概略的に示している。そして、撮像装置１は、このような水平方向に対する傾斜角度、傾斜方向、及び傾斜間隔のうち１以上が異なる複数種の傾斜読出動作について、当該読出方向選択信号によって指定して調節できるように構成することができる。

〔第３実施形態〕
（イメージセンサ）
図１０は、本発明による第３実施形態のイメージセンサ１０の概略構成（傾斜読出専用）を示すブロック図である。尚、図１０において、第１実施形態と同様な構成要素には、同一の参照番号を付している。

図１０に示す本実施形態のイメージセンサ１０は、第１実施形態とは異なり、「傾斜読出動作」の動作モードのみを持つように構成され、画素アレイ１１、第１の行選択回路１２、複数のＡ／Ｄ変換回路を画素アレイ１１の各列に配列した列並列Ａ／Ｄ変換回路１３、及び第２の行選択回路１４を備える。

第３実施形態における画素アレイ１１、行選択回路１２、及び列並列Ａ／Ｄ変換回路１３の構成自体は、画素アレイ１１には読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５が設けられていない点を除き、第１実施形態と同様であり、更なる説明は省略する。また、第３実施形態に係る撮像装置１の構成については、イメージセンサ１０への読出方向選択信号の供給が不要となる点を除き、第１実施形態と同様であり、更なる説明は省略する。

即ち、第１実施形態（或いは第２実施形態も同様）において、画素アレイ１１内に読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を設けることは、画素１１ａの開口面積を低下させ、感度を低下させる懸念がある。そこで、角度調節機能の必要がなく、固定の角度での傾斜読み出しだけを実施する場合は、図１０に示す本実施形態のように、画素アレイ１１内に各行のｎ個の読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５を設ける代わりに、予め定めた傾斜接続を有する構造としてもよい。そして、本実施形態の行選択回路１２は、画素アレイ１１の二次元画素配列の全ての列における各行に対して、その「傾斜読出動作」用に専用化して、予め選択される複数の画素信号の読み出し（二次元画素配列における水平方向の画素列に対し所定間隔で垂直方向に所定の行数分をずらして選択される画素信号の読み出し）を行う。この構成では第１実施形態で説明した角度調節が不可となるが、画素アレイ１１内に読出方向切替スイッチ（ＳＷ）１５用のトランジスタ等の素子を配設する必要がないので、画素１１ａの開口面積の観点で有利になる。

そして、本実施形態においても図９に例示した種々の傾斜読取動作を行うように予め定めて撮像装置１を構成することで、所定の被写体像に対するストリーキングノイズを抑圧させることができる。

以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、本発明に係るイメージセンサ１０による水平読出動作及び傾斜読出動作は、カラーフィルタを有するか否かに関わらず実現できる。従って、本発明に係るイメージセンサ１０及び撮像装置１は、上述した実施形態の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。

本発明によれば、被写体を撮影した際に発生するストリーキングノイズを抑制することができるので、イメージセンサ及び撮像装置の用途に有用である。

１ 撮像装置
２ 制御部
３ メモリ
４ 操作部
５ 表示部
６ 記録部
１０ イメージセンサ
１１ 画素アレイ
１１ａ 画素
１２ 行選択回路（第１の行選択回路）
１３ 列並列Ａ／Ｄ変換回路
１４ 第２の行選択回路
１５ 読出方向切替スイッチ（ＳＷ）
１５Ｓ 行選択信号（ＳＬ信号）用の切替スイッチ
１５Ｒ リセット信号（ＲＳＴ信号）用の切替スイッチ
１５Ｔ 電荷転送信号（ＴＸ信号）用の切替スイッチ
１６Ａ，１６Ｂ 折り返し配線部
２０ センサ制御部
２１ 画像書込・読出制御部
２２ 画像処理部
ＰＤ フォトダイオード
ＦＤ フローティングディフュージョン
ＲＳＴ リセットトランジスタ
ＴＸ 転送ゲート
ＡＭＰ 画素内のアンプ
ＳＬ 選択スイッチ
１００ 従来技術のイメージセンサ
１０１ 従来技術の画素アレイ
１０１ａ 従来技術の画素
１０２ 従来技術の行選択回路
１０３ 従来技術の列並列Ａ／Ｄ変換回路

Claims (9)

1. 二次元画素配列のイメージセンサであって、
   水平方向及び垂直方向の画素列として列及び行の二次元のグリッド状に画素が並べられている画素アレイと、
   所定の画素駆動信号により、前記二次元画素配列の全ての列における各行に対して、画素信号を水平方向に対して傾斜して読み出す傾斜読取動作用に選択される複数の画素信号の読み出しを行う手段を有する行選択回路と、
   前記行選択回路によって読み出される当該複数の画素信号を同タイミングでアナログ／デジタル変換してデジタル信号化し、センサ出力信号として外部に出力する列並列Ａ／Ｄ変換回路と、を備え、
   前記傾斜読取動作は、当該水平方向に対し所定間隔で垂直方向に所定の行数分をずらして選択される画素信号の読み出しを行う動作として構成されていることを特徴とするイメージセンサ。
2. 前記行選択回路は、１種類以上の前記傾斜読取動作を行う機能を有することを特徴とする、請求項１に記載のイメージセンサ。
3. 前記画素アレイは、前記所定の画素駆動信号を供給する各画素駆動信号線上に、水平方向では前記二次元画素配列の所定間隔の列毎に、垂直方向では前記二次元画素配列の同列に、外部からの読出方向選択信号によって、画素信号の読み出し方向の切り替えを可能とする所定個の読出方向切替スイッチを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載のイメージセンサ。
4. 前記所定個の読出方向切替スイッチは、前記読出方向選択信号によって、画素信号を水平方向に読み出す水平読出動作と、画素信号を水平方向に対して傾斜して読み出す傾斜読出動作とを切り替えるように構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のイメージセンサ。
5. 前記傾斜読出動作は、水平方向に対する傾斜角度について、前記読出方向選択信号によって指定されることにより調節可能に構成されていることを特徴とする、請求項４に記載のイメージセンサ。
6. 前記傾斜読出動作は、水平方向に対する傾斜角度、傾斜方向、及び傾斜間隔のうち１以上が異なる複数種の傾斜読出動作を含み、前記読出方向選択信号によって指定されることにより調節可能に構成されていることを特徴とする、請求項４又は５に記載のイメージセンサ。
7. 前記所定個の読出方向切替スイッチは、前記読出方向選択信号によって、前記傾斜読取動作を行うための傾斜接続を可能とする折り返し配線部への接続と、前記水平読出動作を行うための水平接続を可能とする接続とを切り替え可能に構成されていることを特徴とする、請求項４から６のいずれか一項に記載のイメージセンサ。
8. 請求項１から７のいずれか一項に記載のイメージセンサと、
   該イメージセンサから出力されるセンサ出力信号を一時記憶するメモリと、
   前記二次元画素配列に対応する一撮像画像分のセンサ出力信号を前記メモリから読み出し、画像表示を行う表示部に対応する表示形態の撮像画像へと再構成する画像書込・読出制御部と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。
9. 請求項３から７のいずれか一項に記載のイメージセンサと、
   操作部からの操作指示に従い、前記二次元画素配列における画素信号を水平方向に読み出す水平読出動作と、前記二次元画素配列における画素信号を水平方向に対して傾斜して読み出す傾斜読出動作に関する動作モードについて選択的に指定する読出方向選択信号を前記イメージセンサに出力するセンサ制御部と、
   前記イメージセンサから前記動作モードに応じたセンサ出力信号を入力して一時記憶するメモリと、
   前記二次元画素配列に対応する一撮像画像分のセンサ出力信号を前記メモリから読み出し、画像表示を行う表示部に対応する表示形態の撮像画像へと再構成する画像書込・読出制御部と、
   を備えることを特徴とする撮像装置。