JPH10285472A - 固体撮像素子 - Google Patents

固体撮像素子

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JPH10285472A
JPH10285472A JP9098236A JP9823697A JPH10285472A JP H10285472 A JPH10285472 A JP H10285472A JP 9098236 A JP9098236 A JP 9098236A JP 9823697 A JP9823697 A JP 9823697A JP H10285472 A JPH10285472 A JP H10285472A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な回路構成かつ高速度で固体撮像素子内
部で種々の画像演算処理ができるようにすると共に、チ
ップサイズの大型化ならびに開口率の低下を防止する。 【解決手段】 非破壊読み出しかつ増幅型の画素を使用
した固体撮像素子において、画素の出力と読み出し線と
の間に制御スイッチ素子ＱＧｉｊを接続する。共通の読
み出し線に接続された複数の制御スイッチ素子を同時に
オンとすることにより電流モードで同時に複数の画素の
読み出しを行ない、これら複数の画素の出力を読み出し
線上で合成し、選択された複数の画素の信号の積和演算
を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、固体撮像素子に関
し、例えば工業用ロボットや各種の検査装置に使用する
ことができ、固体撮像素子の画像部に画像信号の積和演
算などを行なう機能を持たせることにより、高性能の画
像処理用のプロセッサを用いることなく、あるいは画像
処理のために他のプロセッサに過大な負担をかけること
なく、被写体の画像情報を撮像しかつ演算処理して出力
できるようにする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、工業用ロボットや各種の検査装置
に使用される画像処理装置においては、例えばＣＣＤな
どの固体撮像素子で被測定物体の撮像を行ない、得られ
た画像信号または情報を高性能のプロセッサに送り、該
プロセッサで逐次画像情報に対し各種の演算を行なうよ
う構成されていた。したがって、固体撮像素子は画像の
取り込みを行なうのみであり、固体撮像素子によって得
られた画像情報の演算処理は通常は別の処理装置で行な
われていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、固体撮
像素子の画素数は数万〜数十万、さらには数百万画素／
フレームにおよび、これらの画素から得られる画像情報
の情報量は膨大なものとなる。したがって、このような
膨大な量の画像情報をそのままリアルタイムで演算処理
するためには、極めて高い処理能力が必要であり、ＣＣ
Ｄ、メモリおよびプロセッサの間の情報の通信速度やプ
ロセッサの処理速度などを極めて大きくする必要があ
る。このため、プロセッサなどを含む各装置に過大な負
荷がかかると共に、装置も大型化しかつ高価になるとい
う不都合があった。
【０００４】また、前記プロセッサとしては、画像処理
と他の処理をともに行なうもののほか、画像処理専用の
プロセッサが使用されることもあった。このような場合
は、例えば微分演算のように演算対象が注目画素とその
周辺に限られる場合には有効な手法であったが、例えば
高速フーリエ変換（ＦＦＴ）のように画像領域全体を対
象とする場合には、たとえ画像処理専用のプロセッサを
使用したとしても十分な性能が得られずかつ装置の大型
化およびコスト高を避けることは困難な場合が多かっ
た。
【０００５】また、近年では、固体撮像素子自身に画像
処理のための演算回路を組み込むことも試みられている
が、画素部での演算に多数の素子を使用するため、固体
撮像装置のチップサイズが大きくなり、かつ開口率が低
下してイメージセンサとしての性能が低下するなどの不
都合があった。
【０００６】したがって、本発明の目的は、前述の従来
例の装置における問題点に鑑み、固体撮像素子におい
て、簡単な回路構成により固体撮像素子自体の画素部で
の積和演算を可能にし、画像処理のためにプロセッサな
どに過大な負荷を与えることなく、高速度で被写体画像
の撮像および演算処理を行なうことができるようにする
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の一態樣では、各々光信号を電気信号に変換しか
つ増幅し、電流信号として読み出す複数の増幅型画素
と、それぞれ前記増幅型画素の内の所定数の複数の画素
からの信号を読み出すための少なくとも１つの読出し線
と、それぞれの前記増幅型画素の出力と対応する前記読
出し線との間に接続された複数のスイッチ素子と、を具
備する固体撮像素子が提供される。このような構成によ
り、従来の固体撮像素子と同様の方法で各増幅画素を選
択して電流信号として読出し線に出力するほかに、増幅
型画素の出力と対応する読出し線との間に接続された前
記スイッチ素子を制御することにより、増幅型画素の出
力信号を合成しまたは積和演算を行なって種々の画像処
理を固体撮像素子内部で行なうことが可能になる。これ
により、画像処理用のプロセッサに過大な負荷をかける
ことなく、簡単な装置構成で被写体画像の撮像から画像
処理までを行なうことができる固体撮像素子が実現でき
る。
【０００８】この場合、同じ読出し線に接続された前記
スイッチ素子は１個のみまたは２個以上同時にオンとす
ることが可能であり、２個以上同時にオンとした場合に
は２個以上の前記画素の出力が前記読出し線上で合成さ
れるよう構成すると好都合である。前記スイッチ素子は
同時に１個のみオンとすることにより、個々の画素から
の出力信号を個別に得ることが可能になる。また、前記
スイッチ素子を同時に２個以上オンとした場合には、２
個以上の画素の出力が読出し線上で合成されることにな
り、２個以上の画素の出力の積和演算を行なうことが可
能になる。したがって、外部のプロセッサで画像処理を
行なうことなく、固体撮像素子自体で高速度の演算処理
が行なわれる。
【０００９】本発明の別の態樣では、各々光信号を電荷
に変換しかつ蓄積する受光素子と該受光素子に蓄積され
た信号電荷を増幅する増幅素子と前記受光素子に蓄積さ
れた信号電荷を前記増幅素子の制御電極に転送する転送
素子と前記増幅素子の制御電極の電荷をリセットするリ
セット素子とを具備し、行および列方向に２次元的に配
置され、電流信号として信号読出しを行なう複数の画素
と、前記各列ごとに設けられ、それぞれ対応する列に配
置された画素からの信号を読み出すための複数の垂直読
出し線と、それぞれ前記画素に対応して設けられ前記画
素の増幅素子の出力と対応する前記垂直読出し線との間
に接続された複数のスイッチ素子と、前記複数の垂直読
出し線からの信号を取り出すための水平読出し線と、各
々の前記垂直読出し線に対応して設けられ、各垂直読出
し線からの信号を前記水平読出し線に供給する水平スイ
ッチ素子とを具備する固体撮像素子が提供される。この
ような構成においても、従来の固体撮像素子のように各
画素の信号を個別に順次垂直読出し線および水平読出し
線を介して読出すことができるほかに、前記画素の増幅
素子の出力と対応する垂直読出し線との間に接続された
スイッチ素子を制御することにより、複数の画素からの
信号を垂直読出し線あるいは水平読出し線上で合成して
取出すことができる。したがって、この場合は複数の画
素の出力信号に対し積和演算などを固体撮像素子内部で
行なうことができ、簡単な装置構成により高速度の画像
処理が行なわれる。また、このような画像処理のために
画像処理用のプロセッサに過大な負荷をかけることもな
い。また、従来の固体撮像素子の画素部にスイッチ素子
を追加するのみの簡単な回路構成でよいから、チップサ
イズの大型化および開口率の低下などの不都合が防止で
きる。
【００１０】この場合、さらに、前記水平読出し線に接
続された電流・電圧変換回路を設け、該電流・電圧変換
回路を介して読出し電圧出力を得ることができる。電流
・電圧変換回路を水平読出し線に接続することにより、
画素から電流信号として読み出された出力信号を垂直読
出し線および水平スイッチ素子を介して受入れ、対応す
る電圧出力を得ることができる。これにより、電流読出
しモードの利点を生かしつつ出力信号として電圧信号を
得ることができる。
【００１１】また、同じ垂直読出し線に接続された前記
スイッチ素子は１個のみまたは２個以上同時にオンとす
ることが可能であり、２個以上同時にオンとした場合に
は２個以上の前記画素の出力が前記垂直読出し線上で合
成されるよう構成することができる。同じ垂直読出し線
に接続された前記スイッチ素子は同時に１個のみをオン
とすれば、個々の画素からの出力信号を個別に垂直読出
し線に出力することができる。また、前記スイッチ素子
を同時に２個以上オンとした場合には、２個以上の画素
の出力が垂直読出し線上で合成されることにより、２個
以上の画素の出力の積和演算が行なわれる。
【００１２】さらに、前記水平スイッチ素子は１個のみ
または複数個同時にオンとすることが可能であり、複数
個同時にオンとした場合には前記複数の垂直読出し線か
らの信号が前記水平読出し線上で合成されるよう構成す
ることもできる。水平スイッチ素子を同時に１個のみオ
ンとした場合には、それぞれの垂直読出し線からの出力
を個別に出力することが可能になる。それぞれの垂直読
出し線には、各行の画素の出力を順次出力してもよく、
あるいは前記垂直読出し線に接続されたスイッチ素子を
２個以上同時にオンとすることにより、２つ以上の行の
画素の出力の積和演算を行なったものを出力するように
してもよい。これにより、同じ行で異なる列の複数の画
素からの信号を水平読出し線上で合成し、あるいは複数
の異なる行にありかつ異なる列にある画素からの信号を
水平読出し線上で合成することが可能になる。
【００１３】さらに、前記水平読出し線に順次読み出さ
れる信号の差分を求める差分回路を設けると好都合であ
る。水平読出し線に差分回路を接続することにより、順
次読出される信号の差分を求めることができ、かつ例え
ばそれぞれ複数の画素の出力を積和演算して得られた信
号の間の差分を求めることも可能になる。
【００１４】また、少なくとも各行に配置された画素ご
とに選択制御信号を供給する第１の垂直走査回路と、前
記スイッチ素子を制御するための信号を供給する第２の
垂直走査回路とを設けることもできる。各行に配置され
た画素毎に選択制御信号を供給する従来と同様の垂直走
査回路である第１の垂直走査回路と、前記スイッチ素子
を制御する第２の垂直走査回路を設けることにより、従
来の固体撮像素子と同様の動作は主として第１の垂直走
査回路で行ない、前記スイッチ素子を制御して行なう積
和演算などの動作は主として第２の垂直走査回路を用い
て行なうことができる。これにより、固体撮像素子の周
辺回路の構成が簡略化され制御も容易になる。
【００１５】さらに、所定の露光時間の間全画素の前記
転送素子をオフにして露光を行ない、かつ再び全画素の
転送素子をオンとして受光素子の電荷を前記増幅素子の
制御電極に転送した後、前記スイッチ素子により行ごと
に画素を選択し各列の信号をそれぞれの垂直読出し線に
読み出し、かつ前記水平スイッチ素子によって順次各垂
直読出し線の信号を水平読出し線に時系列的に出力する
ことによりシャッタ機能を有する一括露光動作を行なう
こともできる。このような構成により、全画素の電荷を
同時に前記転送素子から増幅素子の制御電極に転送する
ことができ、以後は前記スイッチ素子を使用して各画素
の信号をそれぞれの垂直読出し線に読出し、かつ水平ス
イッチ素子によって各垂直読出し線の信号を時系列的に
出力することができる。また、前記露光に先立ち、全画
素の転送素子をオンにして受光素子の電荷を増幅素子の
制御電極に転送しかつ前記リセット素子を介して吐き出
させることができる。これにより、全画素の同時リセッ
トおよびその後の全画素の電荷の同時転送を行なうこと
が可能になり、ＣＣＤ素子のようなシャッタ機能を有す
る一括露光のイメージセンサとして動作させることが可
能になる。
【００１６】さらに、所定の露光時間の間全画素の前記
転送素子をオフにして露光を行ない、かつ再び全画素の
転送素子をオンとして受光素子の電荷を前記増幅素子の
制御電極に転送した後、複数行×複数列分の画素領域ご
との画素の電荷を合成して順次引き続き読み出すことも
できる。複数行×複数列分の画素領域毎の画素の電荷を
合成して順次読出すことにより、複数画素分の信号を平
均化してノイズ除去を行なうことができ、解像度は低下
するが感度が上昇し、例えば、暗い被写体などについて
ノイズの軽減された画像を得ることができる。
【００１７】また、この場合、前記引き続き読み出され
る各画素領域の一部は互いに重なり合うよう構成するこ
ともできる。各画素領域の一部を互いに重なり合わせる
ことにより、水平および／または垂直走査速度を所定の
値に保ちながらノイズの軽減された画像を読出すことが
できる。
【００１８】さらに、前記引き続き読み出される画素領
域は１画素分づつずれるよう構成することもできる。特
に、引き続き読出される画素領域が１画素分ずつずれて
おれば１画素ずつ読出しを行なう場合と同じ水平および
／または垂直走査速度とすることができ、画像表示、記
録などを行なう場合に通常の装置を使用して容易に行な
うことができる。
【００１９】あるいは、前記引き続き読み出される画素
領域は互いに隣接させてもよい。引き続き読出される画
素領域を互いに隣接したものとすることにより、フレー
ム速度を向上させ高速読出しを行なうことができると共
に、このような高速読出しを行なう場合にも複数の画素
の出力を合成して読出しているから総電荷量が増大し感
度が低下することもなくなる。すなわち、高速度かつ高
感度の読出しを行なうことが可能になる。
【００２０】さらに、所定の露光時間の間全画素の前記
転送素子をオフにして露光を行ない、かつ再び全画素の
転送素子をオンとして受光素子の電荷を前記増幅素子の
制御電極に転送した後、ｎを正の整数として、ｎ行づつ
ｎ行おきに、またはｎ列づつｎ列おきに、同時に読み出
しを行い第１の総和を求め、次に前記読み出した各ｎ行
づつの行の間のｎ行づつをｎ行おきに、または各ｎ列づ
つの列の間のｎ列づつをｎ列おきに、同時に読み出し第
２の総和を得た後、前記差分回路により前記第１および
第２の総和の差分を求めることにより所定の周波数成分
の信号を検出することができる。このような構成によ
り、画像の垂直方向または水平方向の各周波数成分の信
号を検出することができる。例えばｎ＝１とすれば、垂
直方向または水平方向の最高周波数が検出され、ｎ＝２
とすれば該最高周波数の２分の１の周波数成分が検出で
き、ｎ＝３とすれば前記最高周波数の３分の１の周波数
成分の信号の検出ができる。すなわち、画像の所望の周
波数成分の信号を別個のフィルタあるいは信号プロセッ
サなどを使用することなく容易に検出できる。
【００２１】この場合、種々のｎの値に対して、前記第
１および第２の総和を得かつ両者の差分を求めて種々の
周波数成分の信号を検出することにより、空間画像のフ
ーリエ変換を行うこともできる。ｎを種々の値に設定し
て種々の周波数成分の信号を検出し加算することによ
り、空間画像のフーリエ変換を容易に行なうことができ
る。この場合も、余分な信号プロセッサあるいはフィル
タなどを使用することなく簡単な装置構成でフーリエ変
換を行なうことができる。
【００２２】また、前記水平スイッチ素子で全列の信号
を選択して各行ごとの画素の総和を得るとともに各行を
順次選択して読出すことにより各行の射影を得るか、ま
たは前記スイッチ素子で全行の画素の信号を加算して前
記垂直読出し線に各列ごとの信号の総和を得、前記水平
スイッチ素子で各列の信号を順次読み出すことにより各
列の射影を得ることもできる。このような構成によっ
て、画像の特徴量の一種である画像の各行または各列の
成分の和である射影を得ることができる。この場合も、
特別の画像処理装置は必要ではなく、撮像素子自体によ
って容易に各行または各列の射影を得ることができる。
【００２３】さらに、前記スイッチ素子および前記水平
スイッチ素子により、画面の一部の画素についてのみ信
号を読み出しおよび処理を行うこともできる。画素のリ
セットと信号の転送は全画素に対して実施し、読出しは
前記スイッチ素子および前記水平スイッチ素子により画
素の一部についてのみ行なうことができる。これによ
り、画像の一部だけについて演算および処理を行なうこ
とができ、必要な画像情報のみを効率的に得ることがで
きる。また、画素部のリセットは前記スイッチ素子によ
る読出しとは独立に行なうことができ、部分走査時にお
いても不要画素のリセットを非読出し時に行なうことに
より、不使用画素の飽和による影響、いわゆるブルーミ
ングやスメアを防止することができる。
【００２４】また、前記スイッチ素子を可変抵抗素子と
して使用し、画素からの信号の積和演算を行うこともで
きる。前記スイッチ素子はＭＯＳトランジスタなどで構
成し、そのゲートに印加される制御信号の電圧を２値の
デジタル信号ではなくアナログ信号とすることにより、
前記スイッチ素子を可変抵抗素子として使用することが
できる。したがって、各画素からの信号に対してゲイン
を変えて取り出すことにより、重み付けを含む積和演算
を容易に行なうことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の一
実施形態に係わる固体撮像素子につき説明する。図１
は、本発明の一実施形態に係わる固体撮像素子の概略の
構成を示す。また、図２は、図１の固体撮像素子の構成
をさらに詳細に示すものである。
【００２６】図１に示すように、本発明の一実施形態に
係わる固体撮像素子は、非破壊読出しの増幅型画素が行
および列方向に配列された画素マトリクス１と、画素マ
トリクス１の各画素の内行方向の画素ごとに制御信号を
供給する第１の垂直走査回路（ＶＳＣ１）３および第２
の垂直走査回路（ＶＳＣ２）５と、画素マトリクスの各
画素の単数および複数列ごとの選択を行なう水平走査回
路（ＨＳＣ）７と、電流・電圧変換回路９などを備えて
いる。
【００２７】図２は、図１の固体撮像素子の構成をさら
に詳細に示すものである。図２では、説明の簡略化のた
め画素が３行×３列のマトリクス状に配列されたイメー
ジセンサの例を示している。
【００２８】各画素としては、受光素子であるフォトダ
イオードＰＤｉｊ、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦ
ＥＴ）からなる増幅素子ＱＡｉｊ、フォトダイオードＰ
Ｄｉｊの電荷を増幅素子ＱＡｉｊのゲートに転送するた
めのＭＯＳトランジスタからなる転送用スイッチＱＴｉ
ｊ、および増幅素子ＱＡｉｊのゲート電極を所定の電圧
に設定するためのＭＯＳトランジスタからなるリセット
スイッチＱＲｉｊに加えて、ＭＯＳトランジスタからな
る制御スイッチＱＧｉｊを備えて構成されている。な
お、ここでｉ＝１，２，３、かつｊ＝１，２，３であ
る。
【００２９】各画素の増幅素子ＱＡｉｊの内、垂直方向
すなわち列方向に配置された画素の増幅素子ＱＡｉｊの
ソースは制御スイッチ素子ＱＧｉｊの主電流回路（ドレ
インソース間回路）を介して各列の列ラインＶＬｊに共
通に接続され、各列の列ラインＶＬｊはそれぞれ列ごと
に設けられた定電流源ＣＳＶｊに接続されている。各定
電流源ＣＳＶｊの他端は共通に所定の電源ＶＥＥに接続
されている。なお、各増幅素子ＱＡｉｊのドレインは共
通に所定の電源ＶＤＤに接続されている。
【００３０】各画素のフォトダイオードＰＤｉｊのカソ
ードは共通に前記各増幅素子ＱＡｉｊのドレインと同じ
所定の電源ＶＤＤに接続され、アノードは対応する転送
用スイッチＱＴｉｊのソースに接続されている。転送用
スイッチＱＴｉｊのドレインは増幅素子ＱＡｉｊのゲー
トおよびリセットスイッチＱＲＳＴｉｊのソースに接続
されている。各転送用スイッチＱＴｉｊのゲートは行ご
とに共通に第１の垂直走査回路（ＶＳＣ１）３に接続さ
れ、第１の垂直走査信号φＴｉを受けるよう構成されて
いる。
【００３１】リセットスイッチＱＲｉｊのゲートは全画
素共通に制御信号φＲＧに接続され、ドレインは各行ご
とに共通に第１の垂直走査回路３に接続され、各行ごと
に第２の垂直走査信号φＤｉが供給されるよう構成され
ている。
【００３２】各制御スイッチＱＧｉｊのドレインは同じ
画素内の増幅素子ＱＡｉｊのソースに接続され、ドレイ
ンは各列の垂直読み出し線ＶＬｊに接続されている。ま
た、各制御スイッチＱＧｉｊのゲートは行ごとに共通に
第２の垂直走査回路（ＶＳＣ２）５に接続され、第３の
垂直走査信号φＹｉを受けるよう構成されている。
【００３３】なお、第１の垂直走査回路（ＶＳＣ１）３
および第２の垂直走査回路（ＶＳＣ２）５は、それぞれ
シフトレジスタとスイッチ素子を基本として構成されて
いる。第１の垂直走査回路（ＶＳＣ１）３では、クロッ
ク信号ＣＫ２を加えるごとに制御信号ＣＮＴ２が内部の
シフトレジスタ１段分ずつ順次転送され、前記第１の垂
直走査信号φＴｉおよび第２の垂直走査信号φＤｉを出
力する。また、第２の垂直走査回路（ＶＳＣ２）５は、
クロックパルスＣＫ３を加えるごとに制御信号ＣＮＴ３
が内部のシフトレジスタ１段分ずつ順次転送され、第３
の垂直走査信号φＹｉを出力するよう構成されている。
【００３４】また、図２において、各垂直読み出し線Ｖ
Ｌｊの他端はそれぞれの列の水平読み出しスイッチ素子
ＱＨｊ（ｊ＝１，２，３）のドレインに接続されてい
る。各水平読み出しスイッチＱＨｊのソースは共通の水
平読み出し線ＨＬに接続されている。水平読み出し線Ｈ
Ｌは後に詳細に説明する電流・電圧変換回路９および差
分回路１１の入力に接続されている。電流・電圧変換回
路９および差分回路１１の出力はそれぞれ読み出し出力
信号Ｖｏｕｔおよび差分出力信号Ｖｓｕｂである。
【００３５】水平読み出しスイッチＱＨｊの各ゲートは
水平走査回路（ＨＳＣ）７の各回路段の出力に接続され
ている。水平走査回路（ＨＳＣ）７も前記垂直走査回路
３，５と同様にシフトレジスタとスイッチを基本として
構成されている。水平走査回路７（ＨＳＣ）には、ロッ
クパルスＣＫ１を加えるごとに制御信号ＣＮＴ１のデー
タが順次１段分ずつシフトされ、各水平読み出しスイッ
チ素子ＱＨｊを順次、あるいは後に説明するように複数
個同時に、制御するための水平走査信号φＨｊを出力す
る。
【００３６】次に、以上のような構成を有する固体撮像
素子の動作を説明する。始めに、図１および図２に示さ
れる固体撮像素子を従来の固体撮像素子と同様の方法で
読み出す場合につき説明する。この場合は、第２の垂直
走査回路（ＶＳＣ２）５を全て選択状態として全ての制
御スイッチ素子ＱＧｉｊを導通状態にしておく。
【００３７】まず、第１の垂直走査回路３に供給される
制御信号ＣＮＴ２をハイにすると共に、垂直クロック信
号φＣＫ２を加えて第１の垂直走査回路３のシフト動作
を行なわせる。そして、リセット制御信号φＲＧにより
全画素のリセットスイッチＱＲｉｊをオンにする。ま
た、選択された行に対しては第２の垂直走査信号φＤｉ
の電圧を各画素の増幅素子ＱＡｉｊがオンになって活性
化する電圧ＶＧＨとし、非選択行の画素に対しては増幅
素子ＱＡｉｊがカットオフする電圧ＶＧＬとする。これ
により選択行の画素の増幅素子ＱＡｉｊのゲートは電圧
ＶＧＨにバイアスされる。このような動作を増幅素子の
リセットと称する。
【００３８】この状態で、前記制御信号φＲＧをオフに
する。これによってリセットスイッチ素子ＱＲｉｊはカ
ットオフするが、増幅素子ＱＡｉｊのゲート寄生容量に
よって該増幅素子ＱＡｉｊのゲート電圧は同じ値ＶＧＨ
にバイアスされたリセット状態に保持される。
【００３９】この状態で、第１の垂直走査回路３からの
第１の垂直走査信号φＴｉにより選択された行の画素の
転送素子ＱＴｉｊをオンにする。これによって、それま
でフォトダイオードＰＤｉｊで光電変換されて蓄積され
ていた信号電荷が増幅素子ＱＡｉｊのゲートに転送さ
れ、該増幅素子ＱＡｉｊのゲート電圧が映像信号に対応
した電圧になる。このようにして、転送された電荷は、
増幅素子ＱＡｉｊのゲートの寄生容量によって保持され
る。
【００４０】この状態で選択列の水平読み出しスイッチ
ＱＨｊをオンにする。これにより、選択された画素の増
幅素子ＱＡｉｊが動作し制御スイッチ素子ＱＧｉｊを介
して垂直読み出し線ＶＬｊに映像信号に対応した信号電
流が流れる。この信号電流は水平読み出し線ＨＬを介し
て電流・電圧変換回路９によって電圧信号に変換され映
像出力電圧信号Ｖｏｕｔが得られる。したがって、水平
読み出しスイッチＱＨｊを各列ごとに順次オンにする
と、選択行の画素の映像信号が順次読み出される。
【００４１】すなわち、以上のような従来の固体撮像素
子と同様の動作においては、全ての制御スイッチ素子Ｑ
Ｇｉｊをオンとした状態で、従来の固体撮像素子と同様
に第１の垂直走査回路（ＶＳＣ１）３により各行ごとに
順次画素の選択を行なって読み出しを行なう。また、水
平読み出しスイッチＱＨｊも各列ごとに１つずつ順次オ
ンとして各列の選択画素の映像信号を順次時系列的に出
力する。なお、制御スイッチ素子は全てオンとするので
はなく、選択行ごとに順次オンとしてもよい。
【００４２】本発明に係わる固体撮像素子では、このよ
うな従来の固体撮像素子と同様の動作の他、制御スイッ
チ素子ＱＧｉｊを複数行分同時にオンとして垂直読み出
し線ＶＬｊ上で複数画素からの読み出し信号を合成する
ことができる。また、水平走査回路（ＨＳＣ）７は水平
読み出し制御信号φＨｊを複数個同時にオンとすること
ができ、したがって複数の垂直読み出し線ＶＬｊからの
信号を水平読み出し線ＨＬ上で合成することができる。
すなわち、複数列の画素からの信号を水平読み出し線Ｈ
Ｌ上で合成することができる。また、複数行かつ複数列
の画素の信号を合成して水平読み出し線ＨＬに出力する
こともできる。
【００４３】次に、図３を参照してこのような本発明に
特有の動作につき説明する。図３は、本発明に係わる固
体撮像素子において、２画素だけに着目した等価回路図
である。図３においては、前記図１および図２と同じ部
分は同じまたは対応する参照符号で示されている。図３
は、第１行第ｊ列の画素、および第２行第ｊ列の画素を
示しており、これらの画素を構成する各素子の列番号ｊ
は省略されている。
【００４４】図３に示される各画素の出力、すなわち制
御スイッチ素子ＱＧ１およびＱＧ２のソースは垂直読み
出し線ＶＬｊに共通に接続されている。垂直読み出し線
ＶＬｊは水平読み出しスイッチ素子ＱＨｊを介して水平
読み出し線ＨＬに接続されている。水平読み出し線ＨＬ
には、他の垂直読み出し線ＶＬｊ＋１（図示せず）との
間に接続された他の水平読み出しスイッチ素子ＱＨｊ＋
１が示されている。
【００４５】水平読み出し線ＨＬには電流・電圧変換回
路９を構成する抵抗素子Ｒおよび増幅素子Ａ１が接続さ
れている。増幅素子Ａ１の反転入力端子は水平読み出し
線ＨＬに接続され、非反転入力端子は基準電圧Ｖｒｅｆ
に接続されている。抵抗素子Ｒは増幅素子Ａ１の反転入
力端子と出力端子との間に接続されている。増幅素子Ａ
１の出力は映像出力端子（Ｖｏｕｔ）に接続されてい
る。
【００４６】また、電流・電圧変換回路９の出力、すな
わち増幅素子Ａ１の出力には差分回路１１が接続されて
いる。差分回路１１は、ＭＯＳトランジスタで構成され
るスイッチ素子Ｑｓｕｂと、第２の増幅素子Ａ２と、容
量Ｃｓｕｂを備えている。容量Ｃｓｕｂは電流・電圧変
換回路９の出力とスイッチ素子Ｑｓｕｂのドレインの間
に接続され、スイッチ素子Ｑｓｕｂのソースはグランド
に接続されている。スイッチ素子Ｑｓｕｂのゲートには
差分動作を行なわせるための差分制御信号φＳＵＢｒｓ
ｔが供給されている。スイッチ素子Ｑｓｕｂのドレイン
は増幅素子Ａ２を介して差分出力端子（Ｖｓｕｂ）に接
続されている。
【００４７】図３の回路の動作は以下のようになる。ま
ず、図示しない制御回路より前述のように制御信号φＲ
Ｇを送り、リセット素子ＱＲｉ（ｉ＝１，２；以下同
様）をオンにするが、そのとき垂直走査回路よりφＤｉ
を送りリセット素子ＱＲｉのドレイン電圧を増幅素子Ｑ
Ａｉがオンになって活性化する電圧ＶＧＨとすると、増
幅素子ＱＡｉのゲートも同じ電圧ＶＧＨにバイアスされ
る。これによって増幅素子のリセットが行なわれる。こ
の状態で、制御信号φＲＧをオフにしてリセット素子Ｑ
Ｒｉをカットオフさせても、図示しないゲート寄生容量
の影響で増幅素子ＱＡｉのゲートは電圧ＶＧＨにバイア
スされたリセット状態に保持される。
【００４８】この状態で、第１の垂直走査回路３より転
送パルスφＴｉを送って転送素子ＱＴｉをオンにする
と、それまでフォトダイオードＰＤｉで光電変換されて
蓄積されていた電荷が増幅素子ＱＡｉのゲートに転送さ
れて、増幅素子ＱＡｉのゲートは映像信号Ｐｘｉに対応
した電圧になる。このようにして転送された電荷は次に
述べる制御スイッチ素子ＱＧｉの動作に影響されず、増
幅素子ＱＡｉの寄生容量に保持される。すなわち、制御
スイッチ素子ＱＧｉの走査に影響されずに画素部のリセ
ットと信号の転送が行なわれる。
【００４９】次に、制御スイッチ素子ＱＧｉと、水平読
み出しスイッチＱＨｊをオンにすると、映像信号Ｐｘｊ
に対応した読み出し電流が垂直読み出し線ＶＬｊから水
平読み出しスイッチＱＨｊを通り水平読み出し線ＨＬに
流れる。この電流を信号電流と言いＩｘｊとする。
【００５０】この場合、増幅素子Ａ１の仮想接地によ
り、該増幅素子Ａ１の反転入力端子の電圧は基準電圧Ｖ
ｒｅｆに等しくなっている。さらに、各スイッチ素子の
オン抵抗が充分に小さくその電圧降下を無視できるもの
とすると、水平読み出し線ＨＬと垂直読み出し線ＶＬｊ
の電圧および増幅素子ＱＡｉのソース電圧は全て基準電
圧Ｖｒｅｆとなって、信号による各部の電位の変動がな
くなる。このように電流信号の形で読み出すことによ
り、回路各部の寄生容量による動作速度の低下が少なく
高速動作が可能になる。そして、水平読み出し線ＨＬに
流れる電流信号は、増幅素子Ａ１と帰還抵抗Ｒとで構成
される電流・電圧変換回路９により電圧信号に変換され
て出力信号Ｖｏｕｔが電圧信号として得られる。
【００５１】このような動作において、複数行の画素、
図３では２画素、を同時に動作させ、複数の画素の電流
信号を共に垂直読み出し線ＶＬｊに出力させても、増幅
素子ＱＡｉのソース電圧は前記基準電圧Ｖｒｅｆと同じ
で変化しないので、個々の増幅素子ＱＡｉに流れる電流
は互いに影響し合うことはない。このため、垂直読み出
し線ＶＬｊから出力される出力電流Ｉｏｕｔは各画素を
単独に動作させた場合の総和となり次式で表わされる。
【数１】Ｉｏｕｔ＝ΣＩｘｊ
【００５２】このような出力電流Ｉｏｕｔを前述のよう
に電流・電圧変換回路９で電圧信号に変換して出力信号
Ｖｏｕｔを得ることができる。
【００５３】このように、本発明に係わる固体撮像素子
では、複数行からの画素の出力を垂直読み出し線ＶＬｊ
上で合成した出力を得ることができると共に、複数の垂
直読み出し線からの信号を複数の水平スイッチ素子ＱＨ
ｊを同時にオンとすることにより水平読み出し線ＨＬ上
で合成することも可能になる。
【００５４】さらに、前述の差分回路１１を用いること
により差動演算を行なうことができる。たとえば、まず
負の係数を持つ画素を全て選択して総和（ΣＩｘｎ）を
求め、電流・電圧変換回路９で電圧信号に変換し、スイ
ッチ素子Ｑｓｕｂをオンにしてこの電圧信号を蓄積容量
Ｃｓｕｂに充電する。次に、スイッチ素子Ｑｓｕｂをオ
フにした後に、正の係数を持つ全画素の総和（ΣＩｘ
ｐ）を求めて電流電圧変換回路９から蓄積容量Ｃｓｕｂ
および増幅回路Ａ２を介して出力することにより次式で
示される演算を行なうことが可能になる。
【数２】Ｖｓｕｂ＝Ｋ＊（ΣＩｘｐ−ΣＩｘｎ）
【００５５】すなわち、水平読み出し線ＨＬ上に順次読
み出される信号の差分を求めることが可能になる。
【００５６】次に、再び図２に戻り、以上のような機能
を活用して固体撮像素子内部で行なうことができる種々
の画像処理演算について以下順次説明する。まず、通常
のイメージセンサとして動作させる場合には、前述のよ
うに、第２の垂直走査回路（ＶＳＣ２）５を全て選択状
態とし、全ての制御スイッチ素子ＱＧｉを導通状態とす
る。そして、第１の垂直走査回路（ＶＳＣ１）３によ
り、従来の固体撮像素子と同様に、各行の画素を順次選
択し、さらに水平走査回路（ＨＳＣ）７により各行に属
する画素を一列ずつ順次選択すれば画像信号が順次時系
列的に読み出される。
【００５７】次に、従来ＣＣＤ素子では可能であった
が、増幅型の固体撮像素子ではできなかった、シャッタ
機能を有する一括露光のイメージセンサとして動作させ
る場合を説明する。この場合は、第１の垂直走査回路３
で全画素を選択し前述のように画素部のリセットを行な
う。すなわち、全画素の制御信号φＴｉｊを同時に選択
状態として、全画素の転送素子ＱＴｉｊをオンにする。
これによって、フォトダイオードＰＤｉｊの残存電荷を
掃き出す。次に、転送素子ＱＴｉｊをオフにして、制御
信号φＲＧによりリセット素子ＱＲｉｊをオンにする。
この状態で、第１の垂直走査回路３からの制御信号φＤ
ｉによって前述のリセット電圧ＶＧＨを与えて増幅素子
ＱＡｉｊのゲートをリセットする。その後、制御信号φ
ＲＧを高レベルにしてリセット素子ＱＲｉｊをオフにす
る。
【００５８】このような動作において、転送素子ＱＴｉ
ｊをオフにしている期間が露光時間であり、露光時間の
経過後再び全画素の転送素子ＱＴｉｊを同時にオンにす
ると、露光時間中にフォトダイオードＰＤｉｊで光電変
換され蓄積されていた電荷が増幅素子ＱＡｉｊのゲート
に転送されて保持される。但し、このときはまだ制御ス
イッチ素子ＱＧｉｊはオフであり出力信号は発生しな
い。
【００５９】このような状態では、増幅素子ＱＡｉｊの
ゲートには画像信号Ｐｘｉｊに対応した電荷が保持され
ている。したがって、第２の垂直走査回路（ＶＳＣ２）
５を順次走査して各行の画素を選択し、かつ水平走査回
路（ＨＳＣ）７を順次走査して各列の画素を選択すれば
画像信号が時系列的に出力される。すなわち、この方法
では、全画素の同時リセットを行ない、かつフォトダイ
オードＰＤｉｊの電荷を増幅素子ＱＡｉｊに同時に転送
することができ、全画素の同時露光が可能になる。ま
た、このようにして全画素の増幅素子ＱＡｉｊのゲート
に転送されて保持された電荷の読み出しは、前記制御ス
イッチＱＧｉｊで各行を順次選択して読み出せば、時系
列的に画像信号を出力することができる。
【００６０】次に、本発明の固体撮像素子によって行な
われる画像演算の例として、平均化によるノイズ除去処
理を行なう場合につき説明する。この場合には、画素の
電荷は、たとえば上に述べたように同時露光および同時
転送を行なうことによって、被写体像に対応する画像信
号を画素部の各増幅素子ＱＡｉｊのゲートに転送して保
持しておく。そして、第２の垂直走査回路（ＶＳＣ２）
５によって、注目画素の行とその上下の行の計３行を同
時に選択することにより、各垂直読み出し線ＶＬｊには
注目画素とその上下の画素の信号の和が出力される。水
平走査回路（ＨＳＣ）７でも同様に、注目画素とその左
右の画素が含まれる計３列を選択すれば、注目画素とそ
れを囲む計９画素の画像信号の総和が出力される。この
ようにして当該画素とそれを囲む計９画素の画像信号の
総和を順次読み出せばノイズの軽減された画像を得るこ
とができる。すなわち、複数行×複数列分の画素領域ご
との画素の電荷を垂直読み出し線および水平読み出し線
上で合成して順次引き続き読み出し、引き続き読み出さ
れる各画素領域の一部が互いに重なるようにすることに
より、通常の読み出し速度を含む所望の読み出し速度で
ノイズの軽減された画像を得ることができる。
【００６１】また、特に前記引き続き読み出される各画
素領域が１画素分ずつずれているようにすれば、従来の
固体撮像素子と同様の通常の読み出し速度でノイズの軽
減された画像を得ることができる。
【００６２】また、前記複数行×複数列分の画素領域ご
との画素の電荷を合成して順次引き続き読み出すと共
に、引き続き読み出される画素領域が互いに隣接するよ
う構成することにより、感度を低下させずに高速読み出
しを行なうことができる。
【００６３】一般に、高速読み出しを行なうためには通
常は間引き読み出しとして行および列を飛び飛び、たと
えば１つおきに読み出す方法が使用される。これによ
り、フレーム速度を向上させることが可能であり、本発
明の固体撮像素子でもこのような読み出し方法も可能で
あるが、この場合には露光時間が短くなるため感度が低
下する。
【００６４】このような感度の低下を防止するために
は、前述のように複数行×複数列分の画素領域ごとの画
素の電荷を合成して順次引き続き読み出すと共に、各画
素領域が例えば互いに隣接するよう構成すればよい。一
例として、まず第１行目と第２行目を同時に選択し、各
垂直読み出し線ＶＬｊに１行目と２行目の画素の信号の
和を出力する。この状態で、水平走査回路（ＨＳＣ）７
により、１列目と２列目を同時に選択すると、４画素分
の信号の和を読み出すことができる。続いて、第３列目
と第４列目を同時に選択して読み出せば、次の４画素分
の和を読み出すことができる。以下同様にして、２列ず
つ読み出し、最後の列まで読み終ったら、次は第３行目
と第４行目を同様に同時に読み出す。以上を繰り返して
４倍のフレーム速度で読み出しを行なうことができる。
この方法の場合には、フレーム速度が４倍になり、露光
時間は４分の１になるが、同時に４画素分の信号を読み
出しているので、総電荷量が４倍になり感度の劣化の影
響を軽減できる。
【００６５】次に、空間フィルタとしての動作の例を説
明する。この場合は、たとえば、水平走査回路（ＨＳ
Ｃ）７では、全列を選択し、第２の垂直走査回路（ＶＳ
Ｃ２）５により１，３，５，７，…，２Ｎ＋１行目を同
時に読み出して総和の信号を前記差分回路１１の蓄積容
量Ｃｓｕｂに記憶させておく。次に、２，４，６，８，
…，２Ｎ行目の画素の総和の信号を読み出し、前記差分
回路１１によって差を取ると、差分出力電圧Ｖｓｕｂと
して画像の垂直方向の高周波成分を検出できる。同様に
して、１，２，５，６，…行目、すなわち２行ずつ２行
おきに読み出して２分の１の周波数成分、３行ずつ３行
おきに読み出して３分の１の空間周波数成分、４行ずつ
４行おきに読み出して４分の１の空間周波数成分を得る
ことができ、一般にｎ行ずつｎ行おきに読み出してｎ分
の１の空間周波数成分を得ることができる。
【００６６】したがって、種々のｎの値に対して種々の
ｎに対するｎ分の１の空間周波数成分を求め、これらを
加算すれば、空間画像の水平方向のフーリエ変換を極め
て簡単かつ高速度で行なうことができる。
【００６７】また、第２の垂直走査回路（ＶＳＣ２）５
では、全画素を選択して同時に読み出し、水平走査回路
（ＨＳＣ）７で上記と同様の動作を行なえば種々の空間
周波数成分を得ることができ、かつ画像の垂直方向のフ
ーリエ変換を極めて容易にかつ高速度で行なうことが可
能になる。
【００６８】次に、射影を得る例について説明する。こ
こで射影とは画像の特徴量の一種で画像の各行および各
列の成分の和である。各行および各列の射影を求めるこ
とにより、たとえば、文字の認識などに使用することが
できる。本発明に係わる固体撮像素子でたとえば各行の
射影を得るには、水平走査回路７では全列の信号を選択
して総和を得るようにし、一方第２の垂直走査回路５で
各行を順次選択すればよい。また、各列の射影を得るに
は、第２の垂直走査回路５は全行を選択し、垂直読み出
し線ＶＬｊに各列の信号の総和を得て、水平走査回路７
で各列の信号の総和を順次選択して出力すればよい。
【００６９】なお、以上の説明では、画像の全画面につ
いて画像信号の演算処理を行なうものとして説明した
が、画像信号の読み出しを全画面ではなく部分的に走査
して読み出し、画像の一部だけについて演算処理を行な
うことも可能である。すなわち、画素のリセットと信号
の転送は第１の垂直走査回路（ＶＳＣ１）３によって全
画素に対して実施し、一方、第２の垂直走査回路（ＶＳ
Ｃ２）５によって前記制御スイッチ素子ＱＧｉｊの一部
を順次オンとして部分的に読み出しを行なえばよい。
【００７０】特に、本発明に係わる固体撮像素子では、
画素部のリセットは制御スイッチＱＧｉｊを含む読み出
し部とは独立に行なうことができる。したがって、部分
走査時においても、不要画素のリセットを非読み出し時
に行なうことにより、不使用画素の飽和による影響、い
わゆるブルーミングやスメアを防止できるという特徴が
ある。このような動作を行なうためには、前記実施形態
で示したように、垂直走査回路を第１および第２の垂直
走査回路３，５に分割し、第２の垂直走査回路５によっ
て部分読み出しを行なうようにすると好都合である。こ
のような構成によって、制御方式が簡単になり、各垂直
走査回路の構成が単純化され設計も容易になる。もちろ
ん単一の垂直走査回路から必要な制御信号を供給するこ
とも可能である。
【００７１】また、上で述べた固体撮像素子の制御スイ
ッチ素子ＱＧｉｊはＮＭＯＳトランジスタのようなＭＯ
Ｓトランジスタで構成されているので、制御スイッチ素
子ＱＧｉｊを可変抵抗素子として使うこともできる。す
なわち、第２の垂直走査回路５から制御スイッチ素子Ｑ
Ｇｉｊに供給される制御信号φＹｉの電圧を２値のデジ
タル信号ではなくアナログ信号とすれば、制御スイッチ
素子ＱＧｉｊを可変抵抗素子として使用することができ
る。このような構成によれば、同じ入力信号、すなわち
画素からの読み出し信号、に対してゲインを変えた信号
電流を得ることができる。この場合には、出力電流Ｉｏ
ｕｔは、各行の信号の単純な総和の代わりに次式で示さ
れるような値となる。
【数３】Ｉｏｕｔ＝Σ（Ｇｉ×Ｐｘｉ）
【００７２】この場合Ｇｉは制御スイッチ素子ＱＧｉｊ
によって与えられるゲインを示している。これによっ
て、画像信号に対して多様な画像演算を行なうことがで
き、より複雑高度な演算も可能になる。
【００７３】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、極めて
簡単な回路構成により、固体撮像素子内部で、積和演算
を含む種々の画像演算処理を高速度で行なうことが可能
になり、従来の画像処理装置のように画像処理用のプロ
セッサの処理能力に過大な負担をかけることもなくな
る。また、画像処理のために撮像素子、メモリ、プロセ
ッサなどの間の高速かつ高容量の通信を行なう必要もな
くなる。
【００７４】また、従来の画像処理装置において画像処
理専用のプロセッサを使用した場合は、たとえば微分演
算のように演算対象が注目画素とその周辺部である場合
などの限られた条件の下でのみ有効であったが、本発明
によれば、このような場合に限られず、たとえば高速フ
ーリエ変換（ＦＦＴ）のように全画像領域を対象とする
場合にも極めて高速かつ効率よく演算処理を行なうこと
が可能になる。
【００７５】さらに、固体撮像素子自身に演算処理装置
を組み込む場合のように、チップサイズが大型化しかつ
開口率が低下するという不都合はなくなり、チップサイ
ズを大型化することなくかつ開口率の低下をも防止して
イメージセンサとして高い性能を得ることが可能にな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係わる固体撮像素子の概
略の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の固体撮像素子の詳細な回路構成を示すブ
ロック回路図である。
【図３】図２の固体撮像素子の一部のさらに詳細な構成
を示す電気回路図である。
【符号の説明】
１ 画素マトリクス ３ 第１の垂直走査回路（ＶＳＣ１） ５ 第２の垂直走査回路（ＶＳＣ２） ７ 水平走査回路（ＨＳＣ） ９ 電流・電圧変換回路 １１ 差分回路 ＰＤｉｊ フォトダイオード ＱＴｉｊ 転送スイッチ素子 ＱＲｉｊ リセット素子 ＱＡｉｊ 増幅素子 ＱＧｉｊ 制御スイッチ素子 ＱＨｊ 水平スイッチ素子 ＣＳＶｊ 電流源回路 Ｒ 抵抗素子 Ａ１，Ａ２ 増幅素子 Ｃｓｕｂ 蓄積容量 Ｑｓｕｂ スイッチ素子

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各々光信号を電気信号に変換しかつ増幅
    し、電流信号として読み出す複数の増幅型画素と、 それぞれ前記増幅型画素の内の所定数の複数の画素から
    の信号を読み出すための少なくとも１つの読出し線と、 それぞれの前記増幅型画素の出力と対応する前記読出し
    線との間に接続された複数のスイッチ素子と、 を具備することを特徴とする固体撮像素子。
  2. 【請求項２】 同じ読出し線に接続された前記スイッチ
    素子は１個のみまたは２個以上同時にオンとすることが
    可能であり、２個以上同時にオンとした場合には２個以
    上の前記画素の出力が前記読出し線上で合成されること
    を特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
  3. 【請求項３】 各々光信号を電荷に変換しかつ蓄積する
    受光素子と該受光素子に蓄積された信号電荷を増幅する
    増幅素子と前記受光素子に蓄積された信号電荷を前記増
    幅素子の制御電極に転送する転送素子と前記増幅素子の
    制御電極の電荷をリセットするリセット素子とを具備
    し、行および列方向に２次元的に配置され、電流信号と
    して信号読出しを行なう複数の画素と、 前記各列ごとに設けられ、それぞれ対応する列に配置さ
    れた画素からの信号を読み出すための複数の垂直読出し
    線と、 それぞれ前記画素に対応して設けられ前記画素の増幅素
    子の出力と対応する前記垂直読出し線との間に接続され
    た複数のスイッチ素子と、 前記複数の垂直読出し線からの信号を取り出すための水
    平読出し線と、 各々の前記垂直読出し線に対応して設けられ、各垂直読
    出し線からの信号を前記水平読出し線に供給する水平ス
    イッチ素子と、 を具備することを特徴とする固体撮像素子。
  4. 【請求項４】 さらに、前記水平読出し線に接続された
    電流・電圧変換回路を備え、該電流・電圧変換回路を介
    して読出し電圧出力を得ることを特徴とする請求項３に
    記載の固体撮像素子。
  5. 【請求項５】 同じ垂直読出し線に接続された前記スイ
    ッチ素子は１個のみまたは２個以上同時にオンとするこ
    とが可能であり、２個以上同時にオンとした場合には２
    個以上の前記画素の出力が前記垂直読出し線上で合成さ
    れることを特徴とする請求項３または４のいずれか１項
    に記載の固体撮像素子。
  6. 【請求項６】 さらに、前記水平スイッチ素子は１個の
    みまたは複数個同時にオンとすることが可能であり、複
    数個同時にオンとした場合には前記複数の垂直読出し線
    からの信号が前記水平読出し線上で合成されることを特
    徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の固体撮像
    素子。
  7. 【請求項７】 前記水平読出し線に順次読み出される信
    号の差分を求める差分回路を設けたことを特徴とする請
    求項３〜６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  8. 【請求項８】 少なくとも各行に配置された画素ごとに
    選択制御信号を供給する第１の垂直走査回路と、前記ス
    イッチ素子を制御するための信号を供給する第２の垂直
    走査回路とを設けたことを特徴とする請求項３〜７のい
    ずれか１項に記載の固体撮像素子。
  9. 【請求項９】 所定の露光時間の間全画素の前記転送素
    子をオフにして露光を行ない、かつ再び全画素の転送素
    子をオンとして受光素子の電荷を前記増幅素子の制御電
    極に転送した後、 前記スイッチ素子により行ごとに画素を選択し各列の信
    号をそれぞれの垂直読出し線に読み出し、かつ前記水平
    スイッチ素子によって順次各垂直読出し線の信号を水平
    読出し線に時系列的に出力することによりシャッタ機能
    を有する一括露光動作を行なうことを特徴とする請求項
    ３〜８のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  10. 【請求項１０】 所定の露光時間の間全画素の前記転送
    素子をオフにして露光を行ない、かつ再び全画素の転送
    素子をオンとして受光素子の電荷を前記増幅素子の制御
    電極に転送した後、 複数行×複数列分の画素領域ごとの画素の電荷を合成し
    て順次引き続き読み出すことを特徴とする請求項３〜８
    のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  11. 【請求項１１】 前記引き続き読み出される各画素領域
    の一部は互いに重なり合っていることを特徴とする請求
    項１０に記載の固体撮像素子。
  12. 【請求項１２】 前記引き続き読み出される画素領域は
    １画素分づつずれていることを特徴とする請求項１０ま
    たは１１に記載の固体撮像素子。
  13. 【請求項１３】 前記引き続き読み出される画素領域は
    互いに隣接していることを特徴としている請求項１０に
    記載の固体撮像素子。
  14. 【請求項１４】 所定の露光時間の間全画素の前記転送
    素子をオフにして露光を行ない、かつ再び全画素の転送
    素子をオンとして受光素子の電荷を前記増幅素子の制御
    電極に転送した後、 ｎを正の整数として、ｎ行づつｎ行おきに、またはｎ列
    づつｎ列おきに、同時に読み出しを行い第１の総和を求
    め、次に前記読み出した各ｎ行づつの行の間のｎ行づつ
    をｎ行おきに、または各ｎ列づつの列の間のｎ列づつを
    ｎ列おきに、同時に読み出し第２の総和を得た後、前記
    差分回路により前記第１および第２の総和の差分を求め
    ることにより所定の周波数成分の信号を検出することを
    特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子。
  15. 【請求項１５】 種々のｎの値に対して、前記第１およ
    び第２の総和を得かつ両者の差分を求めて種々の周波数
    成分の信号を検出することにより、空間画像のフーリエ
    変換を行うことを特徴とする請求項１４に記載の固体撮
    像素子。
  16. 【請求項１６】 前記水平スイッチ素子で全列の信号を
    選択して各行ごとの画素の総和を得るとともに各行を順
    次選択して読出すことにより各行の射影を得るか、また
    は前記スイッチ素子で全行の画素の信号を加算して前記
    垂直読出し線に各列ごとの信号の総和を得、前記水平ス
    イッチ素子で各列の信号を順次読み出すことにより各列
    の射影を得ることを特徴とする請求項３に記載の固体撮
    像素子。
  17. 【請求項１７】 前記スイッチ素子および前記水平スイ
    ッチ素子により、画面の一部の画素についてのみ信号を
    読み出しおよび処理を行うことを特徴とする請求項９〜
    １６のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
  18. 【請求項１８】 前記スイッチ素子を可変抵抗素子とし
    て使用し、画素からの信号の積和演算を行うことを特徴
    とする請求項３に記載の固体撮像素子。
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