(57)【要約】      （修正有）【課題】モアレの発生を抑制することが可能なＣＭＯＳ型イメージセンサを提供する。【解決手段】フォトダイオードを有し、受光量に応じた電気信号を蓄積する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部を有し、画素アレイ部を構成する画素のｍ行を単位画素行グループとして、各画素行グループからランダムに選択した行に属する画素で蓄積された電気信号を読み出す。続いて、読み出したｎ個の電気信号を単位電気信号グループとして、各電気信号グループからランダムに選択した電気信号を出力する。【選択図】図３
2010074219.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を有し、受光量に応じた電気信号を蓄積する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、
該画素アレイ部を構成する画素のｍ行×ｎ列（ｍ：２以上の整数、ｎ：２以上の整数）を単位グループとし、各グループからランダムに選択した画素で蓄積された電気信号を出力するタイミング信号を生成するタイミング信号生成器とを備える
固体撮像装置。
【請求項２】
前記タイミング信号生成器は、前記画素アレイ部を構成する画素のｍ行を単位画素行グループとし、各画素行グループからランダムに選択した行に属する画素で蓄積された電気信号を読み出すと共に、読み出したｎ個の電気信号を単位電気信号グループとし、各電気信号グループからランダムに選択した電気信号を出力するタイミング信号を生成する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
マトリクス状に配列された画素の各々で受光量に応じた電気信号を蓄積する光電変換工程と、
マトリクス状に配列された画素のｍ行×ｎ列（ｍ：２以上の整数、ｎ：２以上の整数）を単位グループとし、各グループからランダムに画素を選択し、選択した画素で蓄積した電気信号を出力する出力工程とを備える
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
前記出力工程は、マトリクス状に配列された画素のｍ行を単位画素行グループとし、各画素行グループからランダムに選択した行に属する画素で蓄積した電気信号を読み出す工程と、
読み出したｎ個の電気信号を単位電気信号グループとし、各電気信号グループからランダムに選択した電気信号を出力する工程とを備える
請求項３に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
光電変換素子を有し、受光量に応じた電気信号を蓄積する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、
該画素アレイ部に入射光を導く光学系と、
前記画素アレイ部を構成する画素のｍ行×ｎ列（ｍ：２以上の整数、ｎ：２以上の整数）を単位グループとし、各グループからランダムに選択した画素で蓄積された電気信号を出力するタイミング信号を生成するタイミング信号生成器とを備える
カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置及びその駆動方法、並びにカメラに関する。詳しくは、フレームレートの向上を図るべく画素の間引きを行なっている固体撮像装置及びその駆動方法、並びにこうした固体撮像装置を利用したカメラに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像装置は、近年、携帯電話等の各種携帯端末機器に搭載される撮像装置や、デジタルスチルカメラあるいはデジタルビデオカメラ等の撮像装置の画像入力装置として広く用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６（ａ）及び図６（ｂ）はＣＭＯＳ型イメージセンサを説明するための模式図である。ＣＭＯＳ型イメージセンサは、光電変換素子を有する多数の画素２０１がマトリクス状に配列された画素アレイ部２０２と、画素アレイ部の各画素を１行ずつ選択して各画素のシャッタ動作や読み出し動作を制御する垂直走査回路２０３とを有する。また、画素アレイ部からの信号を１行ずつ読み出して、列毎に所定の信号処理（例えば、ＣＤＳ処理、ＡＧＣ処理、アナログデジタル変換処理等）を行なうカラム信号処理部２０４を有する。更に、カラム信号処理部の信号を１つずつ選択して水平信号線２０５に導く水平走査回路２０６と、水平信号線からの信号を意図した出力形態にデータ変換を行なう信号処理部２０７を有する。また、基準クロックに基づいて各部の動作に必要な各種パルス信号を供給するタイミングジェネレータ２０８を有する。なお、ＣＤＳ処理とは、画素トランジスタの閾値のバラツキに起因する固定パターンノイズを除去する処理であり、ＡＤＣ処理とは、オートゲインコントロール処理を意味している。
【０００４】
ここで、画素アレイ部の各画素２０１は、図７で示す様に、光電変換素子（例えば、フォトダイオード）１０１に加えて、転送トランジスタ１０２、リセットトランジスタ１０３、増幅トランジスタ１０４及び選択トランジスタ１０５を有する回路構成となっている。なお、ここでは、これらトランジスタ１０２〜１０５として、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタを用いた回路例を示している。
【０００５】
転送トランジスタ１０２は、フォトダイオード１０１のカソード電極とＦＤ（フローティングディヒュージョン）部１０６との間に接続され、転送ゲートパルスＴＧが与えられる転送制御線１１１にゲート電極が接続されている。リセットトランジスタ１０３は、電源Ｖｄｄにドレイン電極が、ＦＤ部１０６にソース電極が、リセットパルスＲＳが与えられるリセット制御線１１２にゲート電極がそれぞれ接続されている。
【０００６】
増幅トランジスタ１０４は、ＦＤ部１０６にゲート電極が、電源Ｖｄｄにドレイン電極が、選択トランジスタ１０５のドレイン電極にソース電極がそれぞれ接続されている。選択トランジスタ１０５は、選択パルスＳＥＬが与えられる選択制御線１１３にゲート電極が接続され、垂直信号線２１６にソース電極がそれぞれ接続されている。なお、垂直信号線は同垂直信号線に定電流を供給する定電流源２１７と接続されると共に、カラム信号処理部とも接続されている。
【０００７】
また、カラム信号処理部２０４は、コンパレータ１１７、カラムカウンタ１１８及びカラムラッチ１１９を有している。
【０００８】
コンパレータ１１７は垂直信号線と接続され、画素に蓄積された電荷が画素出力として入力されると共に、カウンタクロックの立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングでその出力値が一定割合で減少するランプ波が入力される（図８中の"ランプ波"参照。）。そして、画素出力とランプ波の関係が「（ランプ波）＞（画素出力）」の関係を満たす場合にはＨレベル信号を出力する。一方、画素出力とランプ波との関係が「（ランプ波）＜（画素出力）」の関係を満たす場合にはＬレベル信号を出力する様に構成されている（図８中の"コンパレータ出力"参照。）。
【０００９】
カラムカウンタ１１８はＤＤＲカウンタ（Ｄｏｕｂｌｅ  Ｄａｔｅ  Ｒａｔｅ）カウンタであり、即ち、入力されるカウンタクロックの立ち上がりタイミングと立ち下がりタイミングの両方でカウントするカウンタである（図８中の"カウンタ出力"参照。）。そして、コンパレータからの出力信号がＬレベルとなったタイミングでカウントが停止し、そのカウンタ値を画素出力のデジタル値として出力する様に構成されている。
【００１０】
カラムラッチ１１９は、タイミングジェネレータ２０８からの"カラムカウンタ結果取り込み信号"に基づいてラッチ部１１９ａにカラムカウンタの出力を取り込み可能に構成されている。また、タイミングジェネレータ２０８からの"水平走査開始信号"に基づいて発せられる水平走査回路からの"データ出力指示信号"によって、ラッチ部１０９ａに取り込んだカラムカウンタの出力を水平信号線２０５に出力する様に構成されている。
【００１１】
水平走査回路２０６は、タイミングジェネレータからの"水平走査開始信号"に基づいて、カラムラッチに順次"データ出力指示信号"を供給可能に構成されている。
【００１２】
図９は、増幅トランジスタ１０４及び選択トランジスタ１０５を除く画素部分の断面構造を示す模式図である。
【００１３】
ｐ型基板１３１の表層部にｎ型拡散領域１３２，１３３，１３４が形成されている。また、ｐ型基板１３１の上には、ｎ型拡散領域１３２とｎ型拡散領域１３３との間の上方にゲート電極１３５が形成されている。更に、ｎ型拡散領域１３３とｎ型拡散領域１３４との間の上方にゲート電極１３６が、それぞれ図示しないゲート酸化膜（ＳｉＯ２）を介して形成されている。
【００１４】
図７との対応関係において、フォトダイオード１０１は、ｐ型基板１３１とｎ型拡散領域１３２とのｐｎ接合によって形成されている。転送トランジスタ１０２は、ｎ型拡散領域１３２及びｎ型拡散領域１３３とその間のゲート電極１３５とによって形成されている。リセットトランジスタ１０３は、ｎ型拡散領域１３３及びｎ型拡散領域１３４とその間のゲート電極１３６とによって形成されている。
【００１５】
ｎ型拡散領域１３３はＦＤ部１０６となり、増幅トランジスタ１０４のゲート電極と電気的に接続される。リセットトランジスタ１０３のドレイン領域となるｎ型拡散領域１３４には電源電位Ｖｄｄが与えられる。そして、フォトダイオード１０１を除くｐ型基板１３１の上面には、遮光層１３７によって覆われている。
【００１６】
次に、図１０の波形図を用いて画素２０１の回路動作について説明すると共に、図１１の波形図を用いて水平走査回路２０６の動作について説明する。なお、図１０中符号φＲＳｘは第ｘ行目のリセットパルスを示し、図１０中符号φＴＧｘは第ｘ行目の転送パルスを示し、図１０中符号φＳＥＬｘは第ｘ行目の選択パルスを示している。また、図１０中符号Ａはリセット動作期間を示し、図１０中符号Ｂは蓄積動作期間を示し、図１０中符号Ｃは転送動作期間を示し、図１０中符号Ｄは読み出し動作期間を示している。また、図１１中符合φＨｙは第ｙ列目のラッチ部に供給されるデータ出力指示信号を示している。
【００１７】
第ｎ行目の画素では、先ず、時刻ｔ３１からｔ３２の間、リセットトランジスタ１０３に印加されるリセットパルスＲＳｎと転送トランジスタ１０２に印加される転送パルスＴＧｎをハイレベル（Ｈレベル）とする。その結果、第ｎ行目の画素のフォトダイオード１０１とＦＤ部１０６に蓄積されている不用電荷が除去される（リセット動作）。
【００１８】
次に、時刻ｔ３２において、リセットトランジスタ１０３に印加されるＲＳｎと転送トランジスタ１０２に印加される転送パルスＴＧｎをローレベル（Ｌレベル）とする。その結果、第ｎ行目の画素のフォトダイオード１０１で光電変換された信号電荷の蓄積を開始する（蓄積動作）。
【００１９】
続いて、時刻ｔ３４において、転送トランジスタ１０２に印加される転送パルスＴＧｎをＨレベルとし、フォトダイオード１０１からＦＤ部１０６への信号電荷の転送動作を開始する。更に、時刻ｔ３５において、転送パルスＴＧｎをＬレベルとし、フォトダイオード１０１からＦＤ部１０６への信号電荷の転送動作を終了する（転送動作）。なお、時刻ｔ３２から時刻ｔ３５までが第ｎ行目の画素の信号電荷の蓄積時間となる。
【００２０】
第ｎ行目の画素の転送動作が終了した後に、選択トランジスタ１０５に印加される選択パルスＳＥＬｎをＨレベルとすることにより、ＦＤ部１０６で保持した信号電荷が電圧に変換されて出力されることとなる（読み出し動作）。
【００２１】
第（ｎ＋１）行目の画素では、第ｎ行目の画素とは別のタイミングでリセット動作、蓄積動作、転送動作及び読み出し動作が行なわれる。
具体的には、時刻ｔ３２からｔ３３の間、リセットトランジスタ１０３に印加されるＲＳ（ｎ＋１）と転送トランジスタ１０２に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋１）をＨレベルとする。その結果、第（ｎ＋１）行目の画素のフォトダイオード１０１とＦＤ部１０６に蓄積されている不用電荷が除去される。
【００２２】
次に、時刻ｔ３３において、リセットトランジスタ１０３に印加されるＲＳ（ｎ＋１）と転送トランジスタ１０２に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋１）をＬレベルとする。その結果、第（ｎ＋１）行目の画素のフォトダイオード１０１で光電変換された信号電荷の蓄積を開始する。
【００２３】
続いて、時刻ｔ３５において、転送トランジスタ１０２に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋１）をＨレベルとし、フォトダイオード１０１からＦＤ部１０６への信号電荷の転送動作を開始する。更に、時刻ｔ３６において、転送パルスＴＧ（ｎ＋１）をＬレベルとし、フォトダイオード１０１からＦＤ部１０６への信号電荷の転送動作を終了する。なお、時刻ｔ３３から時刻ｔ３６までが第（ｎ＋１）行目の画素の信号電荷の蓄積時間となる。
【００２４】
第（ｎ＋１）行目の画素の転送動作が終了した後に、選択トランジスタ１０５に印加される選択パルスＳＥＬ（ｎ＋１）をＨレベルとすることにより、ＦＤ部１０６で保持した信号電荷が電圧に変換されて出力されることとなる。
【００２５】
その他の行についても同様にして、リセット動作、蓄積動作、転送動作及び読み出し動作が行なわれることで、ＦＤ部１０６で保持した信号電荷が電圧に変換されて出力されることとなる。
【００２６】
そして、以上の様にして出力された電圧は、コンパレータ及びカラムカウンタを経由して、カラムカウンタのカウント値として画素データが決定されることとなる。そして、カラムカウンタのカウント値は、タイミングジェネレータからの"カラムカウンタ結果取り込み信号"に基づいて、カラムラッチのラッチ部１１９ａに取り込まれる。その後、タイミングジェネレータからの"データ出力指示信号"に基づいて、図１１で示す様に、水平走査回路から順に"データ出力指示信号"が供給され、カラムラッチのラッチデータを順に水平信号線に出力する。水平信号線に出力されたデータはセンスアンプ１２０に取り込まれ、信号処理部に転送されて信号出力処理がなされた後に、ＣＭＯＳ型イメージセンサ出力として出力されることとなる。
【００２７】
ところで、ＣＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像装置では、読み出し速度（フレームレート）の向上を図るべく画素の間引きを行なう技術が提案されている。
以下、画素の間引きの一例として、垂直方向及び水平方向の画素を４画素のうち１画素しか読み出さない、即ち、垂直方向及び水平方向の画素の読み出す割合である圧縮率を１／４とする場合について説明する。
【００２８】
垂直方向及び水平方向を圧縮率１／４で間引きを行なう場合には、先ず、垂直方向を圧縮率１／４で間引きを行なうために、４行おきに転送パルスＴＧを印加し、４行おきに画素からの信号電圧を出力する（図１２参照。）。
【００２９】
例えば、第ｎ行目の画素に印加するＴＧｎは所定のパルスを印加する。一方、第（ｎ＋１）行目の画素に印加するＴＧ（ｎ＋１）、第（ｎ＋２）行目の画素に印加するＴＧ（ｎ＋２）、第（ｎ＋３）行目の画素に印加するＴＧ（ｎ＋３）はＬレベルに保持するといった具合である。同様に、第（ｎ＋４）行目の画素に印加するＴＧ（ｎ＋４）は所定のパルスを印加する。一方、第（ｎ＋５）行目の画素に印加するＴＧ（ｎ＋５）、第（ｎ＋６）行目の画素に印加するＴＧ（ｎ＋６）、第（ｎ＋７）行目の画素に印加するＴＧ（ｎ＋７）はＬレベルに保持するといった具合である。
【００３０】
続いて、水平方向を圧縮率１／４で間引きを行なうために、４列おきにデータ出力指示信号φＨを印加し、４列おきにカラムラッチのラッチデータを順に水平信号線に出力する（図１３参照。）。
【００３１】
例えば、第ｍ列目の画素に対応した第ｍ列目のラッチ部に印加するφＨｍは所定のパルスを印加する。一方、第（ｍ＋１）列目のラッチ部に印加するφＨ（ｍ＋１）、第（ｍ＋２）列目のラッチ部に印加するφＨ（ｍ＋２）、第（ｍ＋３）列目のラッチ部に印加するφＨ（ｍ＋３）はＬレベルに保持するといった具合である。同様に、第（ｍ＋４）列目のラッチ部に印加するφＨ（ｍ＋４）は所定のパルスを印加する。一方、第（ｍ＋５）列目のラッチ部に印加するφＨ（ｍ＋５）、第（ｍ＋６）列目のラッチ部に印加するφＨ（ｍ＋６）、第（ｍ＋７）列目のラッチ部に印加するφＨ（ｍ＋７）はＬレベルに保持するといった具合である。
【００３２】
なお、従来のＣＭＯＳ型イメージセンサの間引きは、特定間隔を開ける所定パターンの繰り返しを行なっている。即ち、転送パルスＴＧが印加される行同士の間隔は一定であり（例えば４行おき）、データ出力指示信号が印加されるラッチ部同士の間隔も一定である（例えば４列おき）。
【００３３】
【特許文献１】特開平１０−１２６６９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３４】
しかしながら、特定間隔を開ける所定パターンで間引きを行なった場合には、規則的な図柄を撮像するとモアレと称される折り返しノイズが生じる一因となってしまう。
【００３５】
具体的には、図１４（ａ）で示す様な撮像画像について、垂直方向及び水平方向を圧縮率１／２で間引きを行なうために、第（２Ｎ−１）行（Ｎ：自然数）の画素からのみ信号電圧を出力する。続いて、第（２Ｎ−１）列のラッチ部からのみラッチデータを出力すると、図１４（ｂ）で示す様な間引き処理後の画像を得ることができる。その後、信号処理によって、間引き処理後の画像を圧縮すると、図１４（ｃ）で示す画像を得ることができるのであるが、図中符合ｘで示す様なモアレが生じてしまう。なお、図１４に示す撮像画像の例では、図中符号ｙで示す色つぶれも生じている。
【００３６】
本発明は以上の点に鑑みて創案されたものであって、モアレの発生を抑制することが可能な固体撮像装置及びその駆動方法、並びにカメラを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００３７】
上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置では、光電変換素子を有し、受光量に応じた電気信号を蓄積する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、該画素アレイ部を構成する画素のｍ行×ｎ列（ｍ：２以上の整数、ｎ：２以上の整数）を単位グループとし、各グループからランダムに選択した画素で蓄積された電気信号を出力するタイミング信号を生成するタイミング信号生成器とを備える。
【００３８】
ここで、タイミング信号生成器により、画素アレイ部を構成する画素のｍ行×ｎ列を単位グループとし、各グループからランダムに選択した画素で蓄積された電気信号を出力するタイミング信号を生成することによって、ランダムな間引きが実現し、読み出し画素の物理的配置の規則性が局所的になくなることとなる。
【００３９】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置の駆動方法では、マトリクス状に配列された画素の各々で受光量に応じた電気信号を蓄積する光電変換工程と、マトリクス状に配列された画素のｍ行×ｎ列（ｍ：２以上の整数、ｎ：２以上の整数）を単位グループとし、各グループからランダムに画素を選択し、選択した画素で蓄積した電気信号を出力する出力工程とを備える。
【００４０】
ここで、マトリクス状に配列された画素のｍ行×ｎ列を単位グループとし、各グループからランダムに画素を選択し、選択した画素で蓄積した電気信号を出力する出力工程によって、ランダムな間引きが実現し、読み出し画素の物理的配置の規則性が局所的になくなることとなる。
【００４１】
また、上記の目的を達成するために、本発明に係るカメラは、光電変換素子を有し、受光量に応じた電気信号を蓄積する画素がマトリクス状に配列された画素アレイ部と、該画素アレイ部に入射光を導く光学系と、前記画素アレイ部を構成する画素のｍ行×ｎ列（ｍ：２以上の整数、ｎ：２以上の整数）を単位グループとし、各グループからランダムに選択した画素で蓄積された電気信号を出力するタイミング信号を生成するタイミング信号生成器とを備える。
【００４２】
ここで、タイミング信号生成器により、画素アレイ部を構成する画素のｍ行×ｎ列を単位グループとし、各グループからランダムに選択した画素で蓄積された電気信号を出力するタイミング信号を生成することによって、ランダムな間引きが実現し、読み出し画素の物理的配置の規則性が局所的になくなることとなる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の固体撮像装置及びその駆動方法、並びにカメラでは、ランダムな間引きが実現することで読み出し対象となる画素の物理的配置の規則性が局所的になくなり、モアレの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施の形態」と称する）について図面を参照しながら説明する。なお、説明は以下の順序で行なう。
１．第１の実施の形態
２．変形例
【００４５】
＜１．第１の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１は本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＭＯＳ型イメージセンサを説明するための模式図である。ここで示すＣＭＯＳ型イメージセンサは、光電変換素子を有する多数の画素１がマトリクス状に配列された画素アレイ部２と、画素アレイ部の各画素を１行ずつ選択して各画素のシャッタ動作や読み出し動作を制御する垂直走査回路３とを有する。また、画素アレイ部からの信号を１行分ずつ読み出して、列毎に所定の信号処理（例えば、ＣＤＳ処理、ＡＧＣ処理、アナログデジタル変換処理等）を行なうカラム信号処理部４を有する。更に、カラム信号処理部の信号を１つずつ選択して水平信号線５に導く水平走査回路６と、水平信号線の信号を意図した出力形態にデータ変換を行なうデータ信号処理部７を有する。また、基準クロックに基づいて各部の動作に必要な各種パルスを供給するタイミングジェネレータ８を有する。なお、タイミングジェネレータはタイミング信号生成器の一例である。
【００４６】
ここで、画素アレイ部の各画素１（１ｎ〜１（ｎ＋７））は、図２で示す様に、光電変換素子（例えばフォトダイオード）１１（１１ｎ〜１１（ｎ＋７））、転送トランジスタ１２（１２ｎ〜１２（ｎ＋７））を有する。また、リセットトランジスタ１３（１３ｎ〜１３（ｎ＋７））、増幅トランジスタ１４（１４ｎ〜１４（ｎ＋７））及び選択トランジスタ１５（１５ｎ〜１５（ｎ＋７））を有する。なお、本実施の形態では、これらトランジスタ１２〜１５として、ｎチャネル型のＭＯＳトランジスタを用いた回路例を示している。また、符号ｎは第ｎ行目の画素であることを示し、符号（ｎ＋１）は第（ｎ＋１）行目の画素であることを示し、符号（ｎ＋２）は第（ｎ＋２）行目の画素であることを示している。更に、符号（ｎ＋３）〜符号（ｎ＋７）も同様に、第（ｎ＋３）行目〜第（ｎ＋７）行目の画素であることを示している。
【００４７】
転送トランジスタ１２は、フォトダイオード１１のカソード電極とＦＤ部１６（１６ｎ〜１６（ｎ＋７））との間に接続され、転送ゲートパルスＴＧが与えられる転送制御線２１（２１ｎ〜２１（ｎ＋７））にゲート電極が接続されている。
【００４８】
リセットトランジスタ１３は、電源Ｖｄｄにドレイン電極が、ＦＤ部１６にソース電極が、リセットパルスＲＳが与えられるリセット制御線２２（２２ｎ〜２２（ｎ＋７））にゲート電極がそれぞれ接続されている。
【００４９】
増幅トランジスタ１４は、ＦＤ部１６にゲート電極が、電源Ｖｄｄにドレイン電極が、選択トランジスタ１５のドレイン電極にソース電極がそれぞれ接続されている。選択トランジスタ１５は、選択パルスＳＥＬが与えられる選択制御線２３（２３ｎ〜２３（ｎ＋７））にゲート電極が接続され、垂直信号線２６にソース電極がそれぞれ接続されている。また、垂直信号線２６は同垂直信号線に定電流を供給する定電流源２７と接続されると共に、カラム信号処理部とも接続されている。
【００５０】
また、カラム信号処理部４は、コンパレータ１７、カラムカウンタ１８及びカラムラッチ１９を有している（図６（ｂ）参照。）。
【００５１】
コンパレータ１７は垂直信号線と接続され、画素に蓄積された電荷が画素出力として入力されると共に、カウンタクロックの立ち上がりタイミング及び立ち下がりタイミングでその出力値が一定割合で減少するランプ波が入力される（図８参照。）。そして、画素出力とランプ波の関係が「（ランプ波）＞（画素出力）」の関係を満たす場合にはＨレベル信号を出力する。一方、画素出力とランプ波との関係が「（ランプ波）＜（画素出力）」の関係を満たす場合にはＬレベル信号を出力する様に構成されている（図８参照。）。
【００５２】
カラムカウンタ１８はＤＤＲカウンタであり、コンパレータからの出力信号がＬレベルとなったタイミングでカウントが停止し、そのカウンタ値を画素出力のデジタル値として出力する様に構成されている。
【００５３】
カラムラッチ１９は、タイミングジェネレータ８からの"カラムカウンタ結果取り込み信号"に基づいてラッチ部１９ａにカラムカウンタの出力を取り込み可能に構成されている。また、タイミングジェネレータ８からの"水平走査開始信号"に基づいて発せられる水平走査回路からの"データ出力指示信号"によって、ラッチ部１９ａに取り込んだカラムカウンタの出力を順次水平信号線５に出力する様に構成されている。
【００５４】
水平走査回路６は、タイミングジェネレータからの"水平走査開始信号"に基づいて、カラムラッチに順次"データ出力指示信号"を供給可能に構成されている。
【００５５】
［固体撮像装置の動作説明］
以下、図３の波形図を用いて画素１の回路動作を説明すると共に、図４の波形図を用いて水平走査回路６の動作について説明する。なお、以下では、垂直方向及び水平方向を圧縮率１／４で間引きを行なう場合を例に挙げて説明を行う。
【００５６】
なお、図３中符号φＲＳｘは第ｘ行目のリセットパルスを示し、図３中符号φＴＧｘは第ｘ行目の転送パルスを示し、図３中符号φＳＥＬｘは第ｘ行目の選択パルスを示している。また、図３中符号Ａはリセット動作期間を示し、図３中符号Ｂは蓄積動作期間を示し、図３中符号Ｃは転送動作期間を示し、図３中符号Ｄは読み出し動作期間を示している。また、図４中符合φＨｙは第ｙ列目のラッチ部に供給されるデータ出力指示信号を示している。
【００５７】
本発明を適用したＣＭＯＳ型イメージセンサを駆動させる場合には、先ず、画素アレイ部を構成する画素の４行を単位画素行グループとして、各画素行グループからランダムに１行を選択し、選択した行に属する画素で蓄積した電気信号の読み出しを行なう。
【００５８】
具体的には、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間にリセットトランジスタ１３ｎに印加されるリセットパルスＲＳｎをＨレベルとし、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間にリセットトランジスタ１３（ｎ＋１）に印加されるリセットパルスＲＳ（ｎ＋１）をＨレベルとする。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間にリセットトランジスタ１３（ｎ＋２）に印加されるリセットパルスＲＳ（ｎ＋２）をＨレベルとし、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間にリセットトランジスタ１３（ｎ＋３）に印加されるリセットパルスＲＳ（ｎ＋３）をＨレベルとする。
【００５９】
更に、転送トランジスタ１２ｎ、転送トランジスタ１２（ｎ＋１）、転送トランジスタ１２（ｎ＋２）及び転送トランジスタ１２（ｎ＋３）の中からランダムに選択された転送トランジスタに印加される転送パルスをＨレベルとする。なお、転送トランジスタ１２ｎをＨレベルとする場合には、時刻ｔ１から時刻ｔ２の間と時刻ｔ１０から時刻ｔ１１との間をＨレベルとする。また、転送トランジスタ１２（ｎ＋１）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ２から時刻ｔ３の間と時刻ｔ１１から時刻ｔ１２との間をＨレベルとする。更に、転送トランジスタ１２（ｎ＋２）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間と時刻ｔ１２から時刻ｔ１３との間をＨレベルとする。また、転送トランジスタ１２（ｎ＋３）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ４から時刻ｔ５の間と時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の間をＨレベルとする。
【００６０】
同様に、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間にリセットトランジスタ１３（ｎ＋４）に印加されるリセットパルスＲＳ（ｎ＋４）をＨレベルとする。また、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間にリセットトランジスタ１３（ｎ＋５）に印加されるリセットトランジスタＲＳ（ｎ＋５）をＨレベルとする。更に、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間にリセットトランジスタ１３（ｎ＋６）に印加されるリセットパルスＲＳ（ｎ＋６）をＨレベルとする。また、時刻ｔ８から時刻ｔ９の間にリセットトランジスタ１３（ｎ＋７）に印加されるリセットトパルスＲＳ（ｎ＋７）をＨレベルとする。
【００６１】
更に、転送トランジスタ１２（ｎ＋４）、転送トランジスタ１２（ｎ＋５）、転送トランジスタ１２（ｎ＋６）及び転送トランジスタ１２（ｎ＋７）の中からランダムに選択された転送トランジスタに印加される転送パルスをＨレベルとする。なお、転送トランジスタ１２（ｎ＋４）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ５から時刻ｔ６の間と時刻ｔ１４から時刻ｔ１５の間をＨレベルとする。また、転送トランジスタ１２（ｎ＋５）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ６から時刻ｔ７の間と時刻ｔ１５から時刻ｔ１６の間をＨレベルとする。更に、転送トランジスタ１２（ｎ＋６）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間と時刻ｔ１６から時刻ｔ１７の間をＨレベルとする。また、転送トランジスタ１２（ｎ＋７）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ８から時刻ｔ９の間と時刻ｔ１７から時刻ｔ１８の間をＨレベルとする。
【００６２】
なお、本実施の形態では、第ｎ行から第（ｎ＋３）行までの画素行グループから第（ｎ＋２）行を選択するために、転送トランジスタ１２（ｎ＋２）に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋２）をＨレベルとした場合を例に挙げている。また、第（ｎ＋４）行から第（ｎ＋７）行までの画素行グループから第（ｎ＋６）行を選択するために、転送トランジスタ１２（ｎ＋６）に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋６）をＨレベルとした場合を例に挙げている。
【００６３】
即ち、本実施の形態では、時刻ｔ３から時刻ｔ４の間、リセットトランジスタ１３（ｎ＋２）に印加されるリセットパルスＲＳ（ｎ＋２）と転送トランジスタ１２（ｎ＋２）に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋２）をＨレベルとする。その結果、第（ｎ＋２）行目の画素のフォトダイオード１１（ｎ＋２）とＦＤ部１６（ｎ＋２）に蓄積されている不用電荷が除去される。
【００６４】
次に、時刻ｔ４において、リセットトランジスタ１３（ｎ＋２）に印加されるリセットパルスＲＳ（ｎ＋２）と転送トランジスタ１２（ｎ＋２）に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋２）をＬレベルとする。その結果、第（ｎ＋２）行目の画素のフォトダイオード１１（ｎ＋２）で光電変換された信号電荷の蓄積を開始する。
【００６５】
続いて、時刻ｔ７から時刻ｔ８の間、リセットトランジスタ１３（ｎ＋６）に印加されるリセットパルスＲＳ（ｎ＋６）と転送トランジスタ１２（ｎ＋６）に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋６）をＨレベルとする。その結果、第（ｎ＋６）行目の画素のフォトダイオード１１（ｎ＋６）とＦＤ部１６（ｎ＋６）に蓄積されている不用電荷が除去される。
【００６６】
次に、時刻ｔ８において、リセットトランジスタ１３（ｎ＋６）に印加されるリセットパルスＲＳ（ｎ＋６）と転送トランジスタ１２（ｎ＋６）に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋６）をＬレベルとする。その結果、第（ｎ＋６）行目の画素のフォトダイオード１１（ｎ＋６）で光電変換された信号電荷の蓄積を開始する。
【００６７】
更に、時刻ｔ１２において、転送トランジスタ１２（ｎ＋２）に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋２）をＨレベルとし、フォトダイオード１１（ｎ＋２）からＦＤ部１６（ｎ＋２）への信号電荷の転送動作を開始する。続いて、時刻ｔ１３において、転送パルスＴＧ（ｎ＋２）をＬレベルとし、フォトダイオード１１（ｎ＋２）からＦＤ部１６（ｎ＋２）への信号電荷の転送動作を終了する。なお、時刻ｔ４から時刻ｔ１３までが第（ｎ＋２）行目の画素の信号電荷の蓄積時間である。
【００６８】
第（ｎ＋２）行目の画素の転送動作が終了した後に、選択トランジスタ１５（ｎ＋２）に印加される選択パルスＳＥＬ（ｎ＋２）をＨレベルとすることにより、ＦＤ部１６（ｎ＋２）で保持された信号電荷が電圧に変換されて出力されることとなる。
【００６９】
次に、時刻ｔ１６において、転送トランジスタ１２（ｎ＋６）に印加される転送パルスＴＧ（ｎ＋６）をＨレベルとし、フォトダイオード１１（ｎ＋６）からＦＤ部１６（ｎ＋６）への信号電荷の転送動作を開始する。続いて、時刻ｔ１７において、転送パルスＴＧ（ｎ＋６）をＬレベルとし、フォトダイオード１１（ｎ＋６）からＦＤ部１６（ｎ＋６）への信号電荷の転送動作を終了する。なお、時刻ｔ８から時刻ｔ１７までが第（ｎ＋６）行目の画素の信号電荷の蓄積時間である。
【００７０】
第（ｎ＋６）行目の画素の転送動作が終了した後に、選択トランジスタ１５（ｎ＋６）に印加される選択パルスＳＥＬ（ｎ＋６）をＨレベルとすることにより、ＦＤ部１６（ｎ＋６）で保持された信号電荷が電圧に変換されて出力されることとなる。
【００７１】
そして、以上の様にして出力された電圧は、コンパレータ及びカラムカウンタを経由して、カラムカウンタのカウント値として画素データが決定されることとなる。そして、カラムカウンタのカウント値は、タイミングジェネレータからの"カラムカウンタ結果取り込み信号"に基づいて、カラムラッチのラッチ部１９ａに取り込まれる。
【００７２】
その後、ラッチ部の４つを単位ラッチ部グループとして、各ラッチ部グループから１つのラッチ部を選択し、選択したラッチ部に取り込まれた画素データを水平信号線に出力する。
【００７３】
具体的には、第ｍ列目のラッチ部、第（ｍ＋１）列目のラッチ部、第（ｍ＋２）列目のラッチ部及び第（ｍ＋３）列目のラッチ部の中からランダムに選択されたラッチ部に印加されるデータ出力指示信号φＨをＨレベルとする。なお、第ｍ列目のラッチ部に印加されるφＨｍをＨレベルとする場合には、時刻ｔ２１から時刻ｔ２２の間をＨレベルとし、第（ｍ＋１）列目のラッチ部に印加されるφＨ（ｍ＋１）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３の間をＨレベルとする。また、第（ｍ＋２）列目のラッチ部に印加されるφＨ（ｍ＋２）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ２３から時刻ｔ２４の間をＨレベルとする。更に、第（ｍ＋３）列目のラッチ部に印加されるφＨ（ｍ＋３）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ２４から時刻ｔ２５の間をＨレベルとする。
【００７４】
同様に、第（ｍ＋４）列目のラッチ部、第（ｍ＋５）列目のラッチ部、第（ｍ＋６）列目のラッチ部及び第（ｍ＋７）列目のラッチ部の中からランダムに選択されたラッチ部に印加されるデータ出力指示信号φＨをＨレベルとする。なお、第（ｍ＋４）列目のラッチ部に印加されるφＨ（ｍ＋４）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ２５から時刻ｔ２６の間をＨレベルとする。また、第（ｍ＋５）列目のラッチ部に印加されるφＨ（ｍ＋５）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ２６から時刻ｔ２７の間をＨレベルとする。更に、第（ｍ＋６）列目のラッチ部に印加されるφＨ（ｍ＋６）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ２７から時刻ｔ２８の間をＨレベルとする。また、第（ｍ＋７）列目のラッチ部に印加されるφＨ（ｍ＋７）をＨレベルとする場合には、時刻ｔ２８から時刻ｔ２９の間をＨレベルとする。
【００７５】
なお、本実施の形態では、第ｍ列目から第（ｍ＋３）列目のラッチ部までのラッチ部グループから第（ｍ＋１）列目のラッチ部を選択して、φＨ（ｍ＋１）をＨレベルとした場合を例に挙げている。また、第（ｍ＋４）列目から第（ｍ＋７）列目のラッチ部までのラッチ部グループから第（ｍ＋４）列目のラッチ部を選択して、φＨ（ｍ＋４）をＨレベルとした場合を例に挙げている。
【００７６】
即ち、本実施の形態では、時刻ｔ２２から時刻ｔ２３の間、データ出力指示信号φＨ（ｍ＋１）をＨレベルとし、第（ｍ＋１）列目のラッチ部に取り込まれた画素データを水平信号線に出力する。次に、時刻ｔ２５から時刻ｔ２６の間、データ出力指示信号φＨ（ｍ＋４）をＨレベルとし、第（ｍ＋４）列目のラッチ部に取り込まれた画素データを水平信号線に出力する。
【００７７】
なお、水平信号線に出力されたデータはセンスアンプ２０に取り込まれ、信号処理部に転送されて信号出力処理がなされた後に、ＣＭＯＳ型イメージセンサ出力として出力されることとなる。
【００７８】
以上のプロセスを経ることによって、垂直方向及び水平方向を圧縮率１／４で間引きを行なうことができる。
【００７９】
本発明を適用したＣＭＯＳ型イメージセンサでは、４行×４列の画素を単位グループとして、各グループからランダムに選択された１画素で蓄積された電気信号を出力することができる。そのため、ランダムな間引きが実現し、読み出し対象となる画素の物理的配置の規則性が局所的になくなり、モアレの発生を抑制することができる。
【００８０】
具体的には、２行×２列の画素を単位グループとした場合の例ではあるが、図１４（ａ）で示す様な撮像画像について、垂直方向及び水平方向を圧縮率１／２でランダムに間引きを行なうと、図５（ａ）で示す様な間引き処理後の画像を得ることができる。その後、信号処理によって、間引き処理後の画像を圧縮すると、図５（ｂ）で示す画像を得ることができるのであるが、図５（ｂ）で示す画像には、図１４（ｃ）で示す様なモアレが生じていないことが分かる。
【００８１】
＜２．変形例＞
上記では、各画素行グループからランダムに１行を選択し、選択した行に属する画素で蓄積した電気信号を読み出し、各ラッチ部グループからランダムに１つのラッチ部を選択し、選択したラッチ部に取り込まれた画素データを水平信号線に出力している。即ち、本実施の形態では、垂直方向の１／４の圧縮時と水平方向の１／４の圧縮時の双方でランダムに間引きを行なっている。
【００８２】
しかしながら、垂直方向の圧縮時若しくは水平方向の圧縮時のいずれか一方のみでランダムに間引きを行なったとしても、４行×４列の画素を単位グループとして、各グループからランダムに選択された１画素で蓄積された電気信号を出力することは可能である。
【００８３】
従って、必ずしも垂直方向の圧縮時及び水平方向の圧縮時の双方でランダムに間引きを行なう必要はなく、垂直方向の圧縮時若しくは水平方向の圧縮時のいずれか一方のみでランダムに間引きを行なっても良い。
【００８４】
但し、垂直方向の圧縮時及び水平方向の圧縮時の双方でランダムに間引きを行なった方が、より一層読み出し対象となる画素の物理的配置の規則性が失われるために、垂直方向の圧縮時及び水平方向の圧縮時の双方でランダムに間引きを行なった方が好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明を適用した固体撮像装置の一例であるＣＭＯＳ型イメージセンサを説明するための模式図である。
【図２】画素を説明するための模式図である。
【図３】画素の回路動作を説明するための波形図である。
【図４】水平走査回路の動作を説明するための波形図である。
【図５】モアレの低減を説明するための模式図である。
【図６（ａ）】ＣＭＯＳ型イメージセンサを説明するための模式図（１）である。
【図６（ｂ）】ＣＭＯＳ型イメージセンサを説明するための模式図（２）である。
【図７】画素の構成を説明するための模式図である。
【図８】コンパレータの動作を説明するための模式図である。
【図９】画素部分の断面構造を説明するための模式図である。
【図１０】画素の回路動作を説明するための波形図である。
【図１１】水平走査回路の動作を説明するための波形図である。
【図１２】垂直方向を圧縮率１／４で間引きを行なうための波形図である。
【図１３】水平方向を圧縮率１／４で間引きを行なうための波形図である。
【図１４】モアレの発生を説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００８６】
１    画素
２    画素アレイ部
３    垂直走査回路
４    カラム信号処理部
５    水平信号線
６    水平走査回路
７    データ信号処理部
８    タイミングジェネレータ
１１    フォトダイオード
１２    転送トランジスタ
１３    リセットトランジスタ
１４    増幅トランジスタ
１５    選択トランジスタ
１６    ＦＤ部
１７    コンパレータ
１８    カラムカウンタ
１９    カラムラッチ
１９ａ  ラッチ部
２１    転送制御線
２２    リセット制御線
２３    選択制御線
２６    垂直信号線
２７    定電流源
【図１】
2010074219.tif 000003
【図２】
2010074219.tif 000004
【図３】
2010074219.tif 000005
【図４】
2010074219.tif 000006
【図５】
2010074219.tif 000007
【図６（ａ）】
2010074219.tif 000008
【図６（ｂ）】
2010074219.tif 000009
【図７】
2010074219.tif 000010
【図８】
2010074219.tif 000011
【図９】
2010074219.tif 000012
【図１０】
2010074219.tif 000013
【図１１】
2010074219.tif 000014
【図１２】
2010074219.tif 000015
【図１３】
2010074219.tif 000016
【図１４】
2010074219.tif 000017