(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向及び垂直方向に２次元配置された画素と、
前記垂直方向に配列された複数の画素毎に共通に１つずつ設けられた複数の垂直出力線と、
前記水平方向の複数の画素毎に複数の前記垂直出力線に信号を読み出す走査手段と、
前記２次元配置された画素を挟んで対向配置された、複数の前記垂直出力線からの信号が順次読み出される複数の水平出力線と、
複数の前記垂直出力線からの信号を前記複数の水平出力線に読み出すための複数のスイッチとを有し、
第１の駆動モードでは、前記複数のスイッチを制御し、前記２次元配置された画素の信号を前記複数の水平出力線から読み出し、第２の駆動モードでは、前記複数のスイッチを制御し、少なくとも水平方向について前記第１の駆動モードよりも読み出すべき画素の数を減少させるとともに、読み出しに用いる水平出力線の数を減らして読み出すことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記第２の駆動モードでは、垂直方向の画素についても前記第１の駆動モードよりも読み出すべき画素の数を減少させることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の固体撮像装置において、
少なくとも１つの水平出力線に接続されている画素の信号を、他の水平出力線に送るための切換え手段を有する固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの請求項に記載の固体撮像装置において、
前記水平方向の画素について、前記第２の駆動モードでは、少なくとも前記１つの水平出力線の電源をオフするか、または、消費電流を絞ることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかの請求項に記載の固体撮像装置において、
前記第１の駆動モードは静止画用の駆動モードであり、前記第２の駆動モードは動画用の駆動モードであることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの請求項に記載の固体撮像装置において、各画素に対応した色フィルタを有する色フィルタアレイを有し、
前記色フィルタアレイは、第１の色の色フィルタと第２の色の色フィルタを水平方向に順次繰り返し配置した第１の水平列と、第３の色の色フィルタと第４の色の色フィルタを水平方向に順次繰り返し配置した第２の水平列と、前記第２の色の色フィルタと第１の色の色フィルタを水平方向に順次繰り返し配置した第３の水平列と、前記第４の色の色フィルタと前記第３の色の色フィルタを水平方向に順次繰り返し配置した第４の水平列と、前記第１の水平列と同じ色フィルタ配列の第５の水平列と、前記第４の水平列と同じ色フィルタ配列の第６の水平列と、前記第３の水平列と同じ色フィルタ配列の第７の水平列と、前記第２の水平列と同じ色フィルタ配列の第８の水平列と、前記第１の水平列から前記第８の水平列の色フィルタ配列と同じ色フィルタ配列を繰り返す第９の水平列以降の水平列とを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像装置において、前記第１の色の色フィルタは赤色光を遮断するフィルタであり、前記第２の色の色フィルタは青色光を遮断するフィルタであり、前記第３の色の色フィルタは緑色光を遮断するフィルタであり、前記第４の色の色フィルタは緑色光を透過するフィルタであることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかの請求項に記載の固体撮像装置において、
前記水平方向の画素について、前記第２の駆動モードは、行方向は２行読み出した後、２行読み飛ばし、列方向は２列読み出した後、２列読み飛ばす駆動モードであり、行方向に２行読み出した信号は加算されて出力されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の固体撮像装置において、前記行方向に２行読み出した信号の加算は、２行分の信号をそれぞれ保持容量に蓄積し、同列の信号を同時に出力ラインに転送することによって行なわれることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の固体撮像装置において、列方向の２列の読み出しについて、読み出される２列の信号の極性が互いに反転するように読み出し、加算することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１１】
水平方向及び垂直方向に２次元配置された画素と、前記垂直方向に配列された複数の画素毎に共通に１つずつ設けられた複数の垂直出力線と、前記水平方向の複数の画素毎に複数の前記垂直出力線に信号を読み出す走査手段と、前記２次元配置された画素を挟んで対向配置された、複数の前記垂直出力線からの信号が順次読み出される複数の水平出力線と、複数の前記垂直出力線からの信号を前記複数の水平出力線に読み出すための複数のスイッチとを有する固体撮像装置の信号読み出し方法であって、
第１の駆動モードでは、前記複数のスイッチを制御し、前記２次元配置された画素の信号を前記複数の水平出力線から読み出し、第２の駆動モードでは、前記複数のスイッチを制御し、少なくとも水平方向について前記第１の駆動モードよりも読み出すべき画素の数を減少させるとともに、読み出しに用いる水平出力線の数を減らして読み出すことを特徴とする固体撮像装置の信号読み出し方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固体撮像装置の信号読み出し方法において、
前記水平方向の画素について、前記第２の駆動モードでは、少なくとも前記１つの水平出力線の電源をオフするか、または、消費電流を絞ることを特徴とする固体撮像装置の信号読み出し方法。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれかの請求項に記載の固体撮像装置と、
前記水平出力線から出力された信号をＡ／Ｄ変換して転送するアナログデジタル変換回路と、
前記水平方向及び垂直方向に２次元配置された画素からの画像を表示する電子ビューファインダとを有することを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は固体撮像装置および固体撮像装置の信号読み出し方法に係わり、特に全画素を読み出す駆動モードと画素を飛び越して読み出す駆動モードとを有し、かつ、画素を読み出すための複数の読み出し系を有する固体撮像装置および固体撮像装置の信号読み出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の画素を配列して構成された固体撮像素子を用いる固体撮像装置では、各画素から信号を読み出す場合の高スピード化、基板実装上の要請等から、複数の画素が配列された一つの画素部に対して、複数（例えば二つ）の読み出し系を設けて、画素部からの信号を振り分けて複数の読み出し系から同時に出力することが行なわれている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の固体撮像装置は、読み出しの高スピード化を図ることができる、読み出し系を構成する素子を分割して配置できるので実装上の制約が少なくなる等の利点はあるが、読み出し系を複数設けるために消費電力が増大する、読み出し系を構成する素子の特性上のばらつきを生じ、複数の読み出し系の信号出力に差を生ずる等の課題を有している。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、水平方向及び垂直方向に２次元配置された画素と、
前記垂直方向に配列された複数の画素毎に共通に１つずつ設けられた複数の垂直出力線と、
前記水平方向の複数の画素毎に複数の前記垂直出力線に信号を読み出す走査手段と、
前記２次元配置された画素を挟んで対向配置された、複数の前記垂直出力線からの信号が順次読み出される複数の水平出力線と、
複数の前記垂直出力線からの信号を前記複数の水平出力線に読み出すための複数のスイッチとを有し、
第１の駆動モードでは、前記複数のスイッチを制御し、前記２次元配置された画素の信号を前記複数の水平出力線から読み出し、第２の駆動モードでは、前記複数のスイッチを制御し、少なくとも水平方向について前記第１の駆動モードよりも読み出すべき画素の数を減少させるとともに、読み出しに用いる水平出力線の数を減らして読み出すことを特徴とする固体撮像装置である。
【０００５】
本発明の固体撮像装置の信号読み出し方法は、水平方向及び垂直方向に２次元配置された画素と、前記垂直方向に配列された複数の画素毎に共通に１つずつ設けられた複数の垂直出力線と、前記水平方向の複数の画素毎に複数の前記垂直出力線に信号を読み出す走査手段と、前記２次元配置された画素を挟んで対向配置された、複数の前記垂直出力線からの信号が順次読み出される複数の水平出力線と、複数の前記垂直出力線からの信号を前記複数の水平出力線に読み出すための複数のスイッチとを有する固体撮像装置の信号読み出し方法であって、
第１の駆動モードでは、前記複数のスイッチを制御し、前記２次元配置された画素の信号を前記複数の水平出力線から読み出し、第２の駆動モードでは、前記複数のスイッチを制御し、少なくとも水平方向について前記第１の駆動モードよりも読み出すべき画素の数を減少させるとともに、読み出しに用いる水平出力線の数を減らして読み出すことを特徴とする固体撮像装置の信号読み出し方法である。
【０００８】
なお、第２の駆動モードは、複数の画素が行列状に配列された場合に、画素の配列方向の一方向（行方向又は列方向）又は両方向（行方向及び列方向）に画素を飛び越して読み出す駆動モードをいう。
【０００９】
画素を飛び越して読み出す方式を採用した固体撮像装置としては、例えば特開平  ９−４６７１５号公報に、画素ごとに特定の色フィルタを配置したインタラインＣＣＤが開示されている。このインタラインＣＣＤは、水平２ライン分の光電変換キャリアを２ラインおきに垂直ＣＣＤに転送し、その後基板掃出を行って不要電荷を捨て、その後前記光電変換キャリアを前記垂直ＣＣＤ内を順次転送し、水平ＣＣＤ、出力アンプを介して取り出すものである。
【００１０】
以下の説明では行列方向に画素が配置されたエリアセンサの場合を取り上げて説明するが、本発明はかかる例に限定されない。ラインセンサにおいても、例えば出力レートをあげるために偶数画素と奇数画素の読み出し系を分けた場合に、解像度の高いモードでは両方の読み出し系を使用し、解像度の低いモードでは一つの読み出し系のみを使用することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。まず、実施形態の説明に先だって、本発明にいたる技術的背景について説明する。
【００１２】
例えばデジタルカメラの静止画撮影モードのように、画素部の全画素から信号を読み出すモードを有する装置は、高スピード化等の要請から、複数の読み出し系に振り分けて信号読み出しを行なうことが求められる。ここで、複数の読み出し系に振り分けて信号読み出す回路構成を採用した場合には、上記の特開平  ９−４６７１５号公報に開示されるような画素を飛び越して読み出すモードを用いたときでも、複数の読み出し系に振り分けて信号読み出しを行うこととなる。
【００１３】
しかし、既に説明したように、読み出し系を複数設けると、消費電力が増大する、読み出し系を構成する素子の特性上のばらつきを生じ、読み出し系の信号出力に差を生ずる等の課題を生ずることになる。
【００１４】
本発明は、画素を飛び越して読み出す場合には、全画素読み出しに比べて読み出すべき画素数が少ない点に着目し、画素を飛び越して読み出す駆動モードでは、少なくとも一系統の読み出し系に接続されている画素の信号を、他の系統の読み出し系に送るようにしたものである。
【００１５】
なお、全画素を読み出す駆動モードと画素を飛び越して読み出す駆動モードとを有する固体撮像装置は、例えばＥＶＦ（電子ビューファインダー）付のデジタルカメラがある。ＥＶＦは動画を表示し、上記のような飛び越し読み出し（画素を飛び越して読み出す読み出し法）を行ない、本撮影時に全画素読み出しを行なう。
【００１６】
次に、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施形態を示す概略的説明図であり、図２は信号読み出しを二つの読み出し系で行なう場合の構成を示す概略的説明図である。画素構成は簡略化のため６×６画素のみ示している。なお、ここでは列ライン（垂直ライン）について飛び越し読み出しを行なう場合について説明する。
【００１８】
図１及び図２において、３は６×６に配列された画素であり、列方向に配列した画素のうち、奇数列の画素は各垂直出力線を介して第１読み出し系１に接続され、偶数列の画素は各垂直出力線を介して第２読み出し系２に接続される。ただし、本発明の実施態様を示す図１では、第２列目と第３列目のいずれかの画素列、第６列目と第７列目（不図示）のいずれかの画素列を選択して、第１読み出し系１に接続するための切換え手段となる、ＭＯＳトランジスタＭ２１、Ｍ３、Ｍ２６、Ｍ７（不図示）、Ｍ２、Ｍ６を設けている。ＭＯＳトランジスタＭ２、Ｍ６は第２列、第６列が第１読み出し系に接続された場合に第２読み出し系と遮断するためのものである。
【００１９】
信号読み出しを行なう場合、図２の構成では、奇数列の画素は第１読み出し系１を介して信号が行ごとに順次読み出され、それと同時に偶数列の画素は第２読み出し系２を介して信号が行ごとに順次読み出される。この読み出し方法は全画素読み出し、飛び越し読み出しによらず行なわれる。すなわち、全画素読み出しの場合は第１、３、５、・・・列目の画素が第１読み出し系１で読み出され、第２、４、６、・・・列目の画素が第２読み出し系２で読み出される。そして、飛び越し読み出しの場合は第１、５、・・・列目の画素が第１読み出し系１で読み出され、第２、６、・・・列目の画素が第２読み出し系２で読み出される。
【００２０】
本発明は、上記飛び越し読み出しの場合には、読み出すべき画素数が全画素読み出しに比べて減少する（２列２行を単位とした飛び越し読み出しの場合は半分）ことに鑑み、飛び越し読み出しの際には第１読み出し系のみから信号を読み出しを行なうべく、第２、６、・・・列目の画素を第１読み出し系に接続できるように切換え手段を設けたものである。
【００２１】
図１を用いて具体的に説明する。全画素読み出しの場合は、端子ＴＭにＬレベルの信号を入力してＭＯＳトランジスタＭ３，ＭＯＳトランジスタＭ２，Ｍ６をオンさせ、ＭＯＳトランジスタＭ２１，Ｍ２６をオフすることで、第１、３、５列の画素からの信号は第１読み出し系１に転送され、第２、４、６列の画素からの信号は第２読み出し系２に転送される。これは図２の構成の場合と同じである。
【００２２】
一方、飛び越し読み出しの場合は、端子ＴＭにＨレベルの信号を入力してスイッチ手段Ｍ２１，Ｍ２６をオンさせ、スイッチ手段Ｍ３，Ｍ２，Ｍ６をオフすることで、第１、２、５、６、・・・列の読み出しを行なう列の画素からの信号はすべて第１読み出し系１に転送される。なお、第２列の画素からの信号は第３列の垂直出力線から、第６列の画素からの信号は第７列の垂直出力線（不図示）から第１読み出し系１に転送される。この場合の等価回路構成を図３に示す。
【００２３】
ここで、かかる飛び越し読み出しにおいて、図１に示す電源ＯＮ／ＯＦＦ回路４により第２読み出し系２の全体あるいは一部に電圧を供給する電源をオフするか、または第２読み出し系２の全体あるいは一部に供給される消費電流を絞ることで、装置の低消費電力化を図ることができる。
【００２４】
また、画素の読み出しは一つの読み出し系を用いて読み出されるので、二つの読み出し系を用いた場合の、読み出し系を構成する素子の特性上のばらつき等を考慮する必要がなくなる。
【００２５】
以上説明した固体撮像装置は主としてＭＯＳ型固体撮像装置の場合の実施形態であるが、本発明はＣＣＤ型固体撮像装置にも適用可能である。
【００２６】
ＣＣＤ型撮像装置において、二つの読み出し系を用いて読み出しを行なう場合、図４および図５に示すように並列に読み出し系を配置し、図４に示す静止画モードの場合は全画素読み出しを行い、奇数列の画素からの信号は垂直ＣＣＤを介して第１読み出し系のＨＣＣＤ（水平ＣＣＤ）１に読み出し、偶数列の画素からの信号は垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）、ＨＣＣＤ１、転送ゲートを介して第２読み出し系のＨＣＣＤ２に読み出す。一方、図５に示す動画モードの場合は飛び越し読み出しを行い（例えば、特開平９−４６７１５号公報に開示されるように、水平２ライン分の光電変換キャリアを２ラインおきに垂直ＣＣＤに転送する）、第１読み出し系のＨＣＣＤ１を介して読み出す。既に説明したように飛び越し読み出しの場合は読み出すべき画素数がすくないため、一つの読み出し系で信号読み出しを行なうことができる。そして、ＨＣＣＤ２の転送クロックおよびフローティングディフージョンアンプの電源をオフし低消費電力化することができる。また、二つの読み出し系を用いた場合の、読み出し系を構成する素子の特性上のばらつき等を考慮する必要がなくなる。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
（実施例１）
まず、信号の飛び越し読み出しの場合の色フィルタの配列の一例について具体的に説明する。飛び越し読み出しを行なう場合の色フィルタの配列の一例が、特開平  ９−４６７１５号公報に開示されている。
【００２８】
図６（ａ），図６（ｂ）は特開平９−４６７１５号公報に開示される色フィルタの配列、およびその信号処理の方法を示す図である。図６（ａ）に示される画素配列においては、第１行目の第１列Ｙｅ（イエロー：青色光を遮断する），第２列Ｃｙ（シアン：赤色光を遮断する）と第２行目の第１列Ｇ（グリーン：緑色光を透過する），第２列Ｍｇ（マゼンダ：緑色光を遮断する）との信号を読み出し、それぞれ加算して、（Ｙｅ＋Ｇ），（Ｃｙ＋Ｍｇ）信号を得、輝度信号（Ｙ）として、
Ｙ＝１／２｛（Ｙｅ＋Ｇ）＋（Ｃｙ＋Ｍｇ）｝
を用い、色差信号（−（Ｂ−Ｙ））として、
−（Ｂ−Ｙ）＝（Ｙｅ＋Ｇ）−（Ｃｙ＋Ｍｇ）
を用いる。そして、第３行目及び第４行目を飛ばして、第５行目の第１列Ｙｅ，第２列Ｍｇと第６行目の第１列Ｍｇ，第２列Ｍｇとの信号を読み出し、それぞれ加算して、（Ｙｅ＋Ｍｇ），（Ｃｙ＋Ｇ）信号を得、輝度信号（Ｙ）として、
Ｙ＝１／２｛（Ｙｅ＋Ｍｇ）＋（Ｃｙ＋Ｇ）｝
を用い、色差信号（Ｒ−Ｙ）として、
Ｒ−Ｙ＝（Ｙｅ＋Ｍｇ）−（Ｃｙ＋Ｇ）
を用いる。
【００２９】
本実施例では上記のように、行方向（水平方向）について、２行づつ、即ち、３，４，７，８，・・・行目の画素を飛ばして、１，２，５，６，・・・行目の画素からの信号を読み出すとともに、列方向（垂直方向）についても、２列づつ、即ち、３，４，７，８，・・・列目の画素を飛ばして、１，２，５，６，・・・列目の画素からの信号を読み出す。
【００３０】
次に、上記のような色フィルタの配列を有する、本実施例の固体撮像装置の構成およびその動作について説明する。
【００３１】
図７は固体撮像装置の画素部および読み出し系を示す図、図８は図７の垂直走査手段を含む画素部を示す図、図９は一画素の構成を示す図、図１０は電源ＯＮ／ＯＦＦ回路の一例を示す図である。
【００３２】
図９に示すように、一画素はフォトトランジスタＰＤ、フォトトランジスタＰＤからの信号電荷を転送するための転送手段ＭＳ１１、転送された信号を増幅して出力するための増幅手段ＭＳ１４、画素を選択するための選択手段ＭＳ１３、転送された信号を電位ＶＲにリセットするためのリセット手段ＭＳ１２から構成される。φＴＸ、φＲＥＳ、φＳＥＬはそれぞれ転送手段ＭＳ１１、リセット手段ＭＳ１２、選択手段ＭＳ１３を制御するための信号である。
【００３３】
図８に示すように、上記画素はマトリクス状に配されており、垂直走査回路（ＶＳＲ）によって順次行ごとに選択される３つのスイッチＳにより、信号φＲＥＳ、φＴＸ、φＳＥＬが各行に配列された画素に印加される。
【００３４】
図７に示すように、図８の画素部の各画素列はそれぞれ垂直出力線ＶＬ１〜ＶＬ４に接続され、それぞれの垂直出力線ＶＬ１〜ＶＬ４には、各垂直出力線に対してそれぞれ、ＭＯＳトランジスタＭＲ１１〜ＭＲ１４、ＭＲ２１〜ＭＲ２４、ＭＲ１５〜ＭＲ１８、ＭＲ２５〜ＭＲ２８を介して４つの容量Ｃ１１〜Ｃ１４、Ｃ２１〜Ｃ２４、Ｃ１５〜Ｃ１８、Ｃ２５〜Ｃ２８に接続されている。ＭＯＳトランジスタＭＲ１１、ＭＲ１５、ＭＲ２１、ＭＲ２５は信号φＴＮ１によって制御され、ＭＯＳトランジスタＭＲ１２、ＭＲ１６、ＭＲ２２、ＭＲ２６は信号φＴＳ１によって制御され、ＭＯＳトランジスタＭＲ１３、ＭＲ１７、ＭＲ２３、ＭＲ２７は信号φＴＮ２によって制御され、ＭＯＳトランジスタＭＲ１４、ＭＲ１８、ＭＲ２４、ＭＲ２８は信号φＴＳ２によって制御される。これらの信号φＴＮ１、φＴＳ１、φＴＮ２、φＴＳ２によりＭＯＳトランジスタが選択され、各画素からの信号がそれぞれの容量に蓄積されるようになっている。なお、奇数列の垂直出力線は図７の上方向にＭＯＳトランジスタ、容量が配置されて接続され、偶数列の垂直出力線は図７の下方向にＭＯＳトランジスタ、容量が配置されて接続されている。
【００３５】
なお、図１と同様に、第２列目と第３列目のいずれかの画素列を選択するＭＯＳトランジスタＭ２１、Ｍ３、Ｍ２が設けられており（ここでは第２列目と第３列目の画素列の選択のみ説明するが、第６列目と第７列目以降の他の画素列についても同様である）、ＭＯＳトランジスタＭ２１がオンの場合はＭＯＳトランジスタＭ３がオフして、垂直出力線ＶＬ２に接続された画素からの信号は垂直出力線ＶＬ３に読み出され、ＭＯＳトランジスタＭ３が選択された場合はＭＯＳトランジスタＭ２１がオフ、ＭＯＳトランジスタＭ２がオンして、垂直出力線ＶＬ２に接続された画素からの信号はそのまま垂直出力線ＶＬ２から読み出される。
【００３６】
第１水平走査回路（ＨＳＲ１）により、容量Ｃ１１と容量Ｃ１２、容量Ｃ１３と容量Ｃ１４からの信号がそれぞれ水平出力線ＨＬ１と水平出力線ＨＬ２に同時に出力され、増幅用のアンプＡ１，Ａ２及び差動増幅器Ａ３を介して、容量Ｃ１１と容量Ｃ１３との加算信号（Ｖ１）と、容量Ｃ１２と容量Ｃ１４との加算信号（Ｖ２）との減算信号（Ｖ２−Ｖ１）が出力端子ＯＵＴ１から出力される。
【００３７】
ＭＯＳトランジスタＭ２１がオン、ＭＯＳトランジスタＭ２がオフする場合には、垂直出力線ＶＬ２に接続された画素からの信号は垂直出力線ＶＬ３から読み出されるので、第１水平走査回路（ＨＳＲ１）により、容量Ｃ１５と容量Ｃ１６、容量Ｃ１７と容量Ｃ１８からの信号がそれぞれ水平出力線ＨＬ１と水平出力線ＨＬ２に同時に出力され、増幅用のアンプＡ１，Ａ２及び差動増幅器Ａ３を介して、容量Ｃ１５と容量Ｃ１７との加算信号（Ｖ３）と、容量Ｃ１６と容量Ｃ１８との加算信号（Ｖ４）との減算信号（Ｖ４−Ｖ３）が出力端子ＯＵＴ１から出力される。この時、第２水平走査回路（ＨＳＲ２）、増幅用のアンプＡ４，Ａ５及び差動増幅器Ａ６（ＡＭＰ）へ接続される電源を図１０に示されるような電源ＯＮ／ＯＦＦ回路（図７では不図示）を用いてオフする。さらに、ＨＳＲ２に入力されるクロックをオフする。
【００３８】
ＭＯＳトランジスタＭ２１がオフ、ＭＯＳトランジスタＭ２がオンする場合には、第２水平走査回路（ＨＳＲ２）により、容量Ｃ２１と容量Ｃ２２、容量Ｃ２３と容量Ｃ２４からの信号がそれぞれ水平出力線ＨＬ３と水平出力線ＨＬ４に同時に出力され、増幅用のアンプＡ４，Ａ５及び差動増幅器Ａ６を介して、容量Ｃ２１と容量Ｃ２３との加算信号（Ｖ５）と、容量Ｃ２２と容量Ｃ２４との加算信号（Ｖ６）との減算信号（Ｖ６−Ｖ５）が出力端子ＯＵＴ２から出力される。
【００３９】
なお、図７に示すように、読み出し系の２つの水平出力線ＨＬ１，ＨＬ２、ＨＬ３，ＨＬ４の電位が寄生容量等でずれるため、それらの水平出力線の電位をそろえるためのリセット用のＭＯＳスイッチを設けた。このＭＯＳスイッチは信号φＣＨＲで制御され、水平出力線の電位はＶＣＨＲに設定される。
【００４０】
上記の固体撮像装置を、デジタルカメラに用いた場合の動作について図１１、図１２を用いて説明する。この場合、静止画モードの場合は全画素読み出しを行い、動画モードの場合は飛び越し読み出しを行なう。なお、固体撮像装置の構成は図７〜図１０を用いて説明する。ここでは説明の簡易化の為に、第１，２行目、第１，２列目の画素の読み出し動作のみ説明する。
【００４１】
静止画モードの場合は図１１に示すように、まず第１行目の画素列のリセット信号φＲＥＳをＬレベルとして、画素の転送部（フォトダイオード部を除く）のリセット動作（転送部リセット期間Ｔ１）を解除し、次にφＳＥＬ、φＴＮ１、φＴＮ２をＨレベルとして画素からノイズ信号を二つの容量に読み出す（ノイズ読み出し期間Ｔ２）。この時、第１列の画素からの信号は上側（第１読み出し系）の容量Ｃ１１，Ｃ１３に読み出され、第２列の画素からの信号は下側（第２読み出し系）の容量Ｃ２１，Ｃ２３に読み出される。
【００４２】
次にφＶＲをＨレベルとして垂直出力線のリセットを行なう。このリセット期間内にφＴＸをＨレベルとして、画素内で信号電荷が蓄積されているフォトトランジスタ（ＰＤ）からセンサ信号を転送する（センサ信号転送期間Ｔ３）。次にφＳＥＬ、φＴＳ１、φＴＳ２をＨレベルとして画素からセンサ信号を二つの容量に読み出す（センサ信号読み出し期間Ｔ４）。この時、第１列の画素からの信号は上側（第１読み出し系）の容量Ｃ１２，Ｃ１４に読み出され、第２列の画素からの信号は下側（第２読み出し系）の容量Ｃ２２，Ｃ２４に読み出される。第３列以降の画素からの信号も同時に容量に読み出される。
【００４３】
次に第１行目の画素列のリセット信号φＲＥＳをＨレベルとして画素の転送部をリセットし、さらにφＴＸをＨレベルとして画素のフォトダイオード部のリセットを行なう（画素リセット期間Ｔ５）。
【００４４】
次に信号出力期間Ｔ６において、第１読み出し系については、容量Ｃ１１，Ｃ１３から水平出力線ＨＬ１に第１行第１列の画素のノイズ信号が加算されて読み出され、容量Ｃ１２，Ｃ１４から水平出力線ＨＬ２に第１行第１列の画素のセンサ信号が加算されて読み出され、センサ信号からノイズ信号が減算されて出力端子ＯＵＴ１から出力される。第２読み出し系については、容量Ｃ２１，Ｃ２３から水平出力線ＨＬ３に第１行第２列の画素のノイズ信号が加算されて読み出され、容量Ｃ２２，Ｃ２４から水平出力線ＨＬ４に第１行第２列の画素のセンサ信号が加算されて読み出され、センサ信号からノイズ信号が減算されて出力端子ＯＵＴ２から出力される。なお、図１１に示すように、画素第１列からの出力（ＯＵＴ１）と画素第２列からの出力（ＯＵＴ２）は同時に出力される。第３列以降の画素からの信号もＯＵＴ１，２から同様に出力されるが、第１，２列と第３，４列との間（それ以降も同様）にはφＣＨＲがＨレベルとなって、水平出力線のリセットが行なわれる。以上の動作を第２行目以降も行なう。また第１行目と第２行目との間（それ以降も同様）には容量Ｃ１１〜Ｃ１８、容量Ｃ２１〜Ｃ２８・・・のリセットが行なわれる。
【００４５】
動画モードの場合は図１２に示すように、まず第１行目の画素列のリセット信号φＲＥＳをＬレベルとして、画素の転送部（フォトダイオード部を除く）のリセット動作（転送部リセット期間Ｔ１１）を解除し、次にφＳＥＬ、φＴＮ１をＨレベルとして第１列の画素からノイズ信号を容量Ｃ１１に読み出し、第２列の画素からノイズ信号を容量Ｃ１５に読み出す（ノイズ読み出し期間Ｔ１２）。次にφＶＲをＨレベルとして垂直出力線のリセットを行なう。このリセット期間内にφＴＸをＨレベルとして、画素内で信号電荷が蓄積されているフォトトランジスタ（ＰＤ）からセンサ信号を転送する（センサ信号転送期間Ｔ１３）。次にφＳＥＬ、φＴＳ１をＨレベルとして第１列の画素からセンサ信号を容量Ｃ１２に読み出し、第２列の画素からセンサ信号を容量Ｃ１６に読み出す（センサ信号読み出し期間Ｔ１４）。なお、第５列目以降（第３，４列目は飛び越し）も同時に容量に読み出される。
【００４６】
次に第１行目の画素列のリセット信号φＲＥＳをＨレベルとし画素の転送部をリセットし、さらにφＴＸをＨレベルとして画素のフォトダイオード部のリセットを行なう（画素リセット期間Ｔ１５）。
【００４７】
次に、第２行目の画素列の信号読み出しを第１行目の信号読み出しと同様な動作で行なう（期間Ｔ２２〜期間Ｔ２５は期間Ｔ１２〜期間１５に対応する）。なお、第２行第１列の画素からのノイズ信号は容量Ｃ１３に読み出され、第２行第２列の画素からのノイズ信号は容量Ｃ１７に読み出される。また、第２行第１列からのセンサ信号は容量Ｃ１４に読み出され、第２行第２列の画素からのセンサ信号は容量Ｃ１８に読み出される。
【００４８】
以上の動作により、第１行第１列の画素からのノイズ信号，センサ信号はそれぞれ容量Ｃ１１，Ｃ１２に蓄積され、第１行第２列の画素からノイズ信号，センサ信号はそれぞれ容量Ｃ１５，Ｃ１６に蓄積される。また第２行第１列の画素からのノイズ信号，センサ信号はそれぞれ容量Ｃ１３，Ｃ１４に蓄積され、第２行第２列の画素からノイズ信号，センサ信号はそれぞれ容量Ｃ１７，Ｃ１８に蓄積される。
【００４９】
次に信号出力期間Ｔ１６において、第１列の読み出しとして、容量Ｃ１１，Ｃ１３から水平出力線ＨＬ１に第１行第１列、第２行第１列の画素のノイズ信号が加算されて読み出され、容量Ｃ１２，Ｃ１４から水平出力線ＨＬ２に第１行第１列、第２行第１列の画素のセンサ信号が加算されて読み出され、第１行第１列、第２行第１列の画素の行加算センサ信号から行加算ノイズ信号が減算されて出力端子ＯＵＴ１から出力される。その後、第２列の読み出しとして、容量Ｃ１５，Ｃ１７から水平出力線ＨＬ１に第１行第２列、第２行第２列の画素のノイズ信号が加算されて読み出され、容量Ｃ１６，Ｃ１８から水平出力線ＨＬ２に第１行第２列、第２行第２列の画素のセンサ信号が加算されて読み出され、第１行第２列、第２行第２列の画素の行加算センサ信号から行加算ノイズ信号が減算されて出力端子ＯＵＴ１から出力される。ここで、図６の色フィルタ配列に対応させると、出力端子ＯＵＴ１からは第１列からの（Ｙｅ＋Ｇ）信号、第２列からの（Ｃｙ＋Ｍｇ）信号が出力されることになる。第５列，第６列以降についても同様に行加算信号が出力される。
【００５０】
さらに第３行、第４行を飛び越した第５行、第６行についての同様な動作により、第１列からは（Ｙｅ＋Ｍｇ）信号、第２列からは（Ｃｙ＋Ｇ）信号が出力される。この様子を図１２の（１）に示す。第１，２行、第５，６行から（Ｙｅ＋Ｇ）信号，（Ｃｙ＋Ｍｇ）信号、（Ｙｅ＋Ｍｇ）信号，（Ｃｙ＋Ｇ）信号が得られるので、前述した信号処理により輝度信号（Ｙ）、色差信号（−（Ｂ−Ｙ）），（Ｒ−Ｙ）を得ることができる。
【００５１】
以上の実施例において、画素を飛び越して読み出す場合には、１、２、５、６・・・列又は１、２、５、６・・・行に限られたものではなく、フィルタの配列を変えることによって、又は白黒の場合には、例えば１、３、５、７・・・列又は１、３、５、７・・・行の読み出しも可能である。
（実施例２）
本実施例は、動画モードの場合に、出力端子ＯＵＴ１から色差信号（−（Ｂ−Ｙ）），（Ｒ−Ｙ）を得ることができるようにしたものである。
【００５２】
図１３は本発明の第２実施例の固体撮像装置の画素部および読み出し系を示す図である。図１６は図１３のスイッチブロック５の構成図である。なお、本実施例は図７の固体撮像装置の構成にスイッチブロック５を加えたものであり、スイッチブロック５により、ＭＯＳトランジスタＭＲ１５〜ＭＲ１８を信号φＴＮ１，φＴＳ１，φＴＮ２，φＴＳ２に基づいて制御して、容量Ｃ１５とＣ１６、容量Ｃ１７とＣ１８に蓄積させる信号を逆にする（ノイズ信号とセンサ信号を逆にして蓄積する）とともに、容量Ｃ１１〜Ｃ１８の同時読み出しを可能としたものである。なお、スイッチブロック５以外の構成部材は図７の構成部材と同じなので、説明に必要な図１３における符号の図示および各構成部材の説明は省略する。
【００５３】
静止画モードはスイッチブロック５を図７と同様な配線接続に切り換えることで実施例１と同様に行なわれる。
【００５４】
動画モードにおいて、実施例１と異なるのは、ＭＯＳトランジスタＭＲ１５〜ＭＲ１８のオン、オフ動作を反転させて、第１行目の読み出し動作において、容量Ｃ１６に第２列の画素からのノイズ信号を読み出し、容量Ｃ１５に第２列の画素からのセンサ信号を読み出すようにし、第２行目の読み出し動作において、容量Ｃ１８に第２列の画素からのノイズ信号を読み出し、容量Ｃ１７に第２列の画素からのセンサ信号を読み出すようにした点である（第５，６行目以降も同様である）。
【００５５】
こうすることで、第１行第１列の画素からのノイズ信号，センサ信号（Ｎ１１，Ｓ１１）はそれぞれ容量Ｃ１１，Ｃ１２に蓄積され、第１行第２列の画素からノイズ信号，センサ信号（Ｎ１２，Ｓ１２）はそれぞれ容量Ｃ１６，Ｃ１５に蓄積される。また第２行第１列の画素からのノイズ信号，センサ信号（Ｎ２１，Ｓ２１）はそれぞれ容量Ｃ１３，Ｃ１４に蓄積され、第２行第２列の画素からノイズ信号，センサ信号（Ｎ２２，Ｓ２２）はそれぞれ容量Ｃ１８，Ｃ１７に蓄積される。
【００５６】
そして信号出力期間Ｔ１６において、第１列と第２列の読み出しを同時に行なうと、水平出力線ＨＬ１には、容量Ｃ１１，Ｃ１３，Ｃ１５，Ｃ１７からの信号が読み出されて、（Ｎ１１＋Ｎ２１＋Ｓ１２＋Ｓ２２）が出力される。一方、水平出力線ＨＬ２には、容量Ｃ１２，Ｃ１４，Ｃ１６，Ｃ１８からの信号が読み出されて、（Ｓ１１＋Ｓ２１＋Ｎ１２＋Ｎ２２）が出力される。
【００５７】
その結果、
（Ｓ１１＋Ｓ２１＋Ｎ１２＋Ｎ２２）−（Ｎ１１＋Ｎ２１＋Ｓ１２＋Ｓ２２）＝（Ｓ１１＋Ｓ２１）−（Ｓ１２＋Ｓ２２）＋（Ｎ１２＋Ｎ２２）−（Ｎ１１＋Ｎ２１）
なる信号が出力端子ＯＵＴ１から出力される。
【００５８】
ここで、図６の色フィルタ配列に対応させると、出力端子ＯＵＴ１からは第１列からの（Ｙｅ＋Ｇ）信号と、第２列からの（Ｃｙ＋Ｍｇ）信号との差信号である、（Ｙｅ＋Ｇ）−（Ｃｙ＋Ｍｇ）が得られることになり、これは、色差信号−（Ｂ−Ｙ）となる。
【００５９】
さらに第３行、第４行を飛び越した第５行、第６行についての同様な動作により、（Ｙｅ＋Ｍｇ）−（Ｃｙ＋Ｇ）が得られるので、色差信号（Ｒ−Ｙ）を得ることができる。この様子を図１２の（２）に示す。
（実施例３）
本実施例は、図１４に示すように、図７の固体撮像装置の構成と比べ、読み出し系１、２にそれぞれ、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、アナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）を設けたものである。読み出し系１のみから出力を行なう場合には、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ）、アナログデジタル変換回路（ＡＤＣ）に接続される電源をも含めてオフすることで、消費電力の低減を図ることができる。
【００６０】
なお、以上説明した実施例１〜３は図６の色フィルタ配列を有する色フィルタを用いて、行方向および列方向について、２行２列ごとに飛び越し読み出しを行なったが、かかる飛び越し読み出しに限定されず、用いる色フィルタの配列によって、適宜飛び越し読み出し方式を設定すればよい。
【００６１】
例えば、図１５（ａ）に示す色フィルタ配列をとった場合には、図１５（ｂ）のように信号処理をすれば、列方向は４列ごと、行方向は１行ごとに飛び越し読み出しを行なうことができ、図１５（ｃ）のように信号処理をすれば、列方向は２列ごと、行方向は４行ごとに飛び越し読み出しを行なうことができる。４行４列ごとに飛び越し読み出しを行なうことも勿論できる。
【００６２】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、第１の駆動モードでは、高スピード化を図り、第２の駆動モードでは、第１の駆動モードよりも、水平出力線の数を減らして読み出すことで、素子の特性上のばらつきに伴なう信号のバラツキをなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の回路構成を示す概略的説明図である。
【図２】信号読み出しを二つの読み出し系で行なう場合の構成を示す概略的説明図である。
【図３】飛び越し読み出しの場合の等価回路構成を示す概略的説明図である。
【図４】本発明の第２実施形態の回路構成を示す概略的説明図である。
【図５】本発明の第２実施形態の回路構成を示す概略的説明図である。
【図６】色フィルタの配列およびその信号処理の方法を示す図である。
【図７】本発明の第１実施例の固体撮像装置の画素部および読み出し系を示す図である。
【図８】図７の垂直走査手段を含む画素部を示す図である。
【図９】一画素の構成を示す図である。
【図１０】電源ＯＮ／ＯＦＦ回路の一例を示す図である。
【図１１】静止画モードのタイミングチャートである。
【図１２】動画モードのタイミングチャートである。
【図１３】本発明の第２実施例の固体撮像装置の画素部および読み出し系を示す図である。
【図１４】本発明の第３実施例の固体撮像装置の画素部および読み出し系を示す図である。
【図１５】他の色フィルタの配列を示す図である。
【図１６】図１３のスイッチブロック５の構成図である。
【符号の説明】
１  第１読み出し系
２  第２読み出し系
３  画素
４  電源ＯＮ／ＯＦＦ回路
【図１】
0003548410.tif 000002
【図２】
0003548410.tif 000003
【図３】
0003548410.tif 000004
【図４】
0003548410.tif 000005
【図５】
0003548410.tif 000006
【図６】
0003548410.tif 000007
【図７】
0003548410.tif 000008
【図８】
0003548410.tif 000009
【図９】
0003548410.tif 000010
【図１０】
0003548410.tif 000011
【図１１】
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【図１２】
0003548410.tif 000013
【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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