(57)【要約】【課題】画素信号の読み出し速度の高速化を図ることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】光電変換素子アレイ１から垂直転送される画素信号を複数行分保持可能なデータ保持機構１１を光電変換素子アレイ１の列ごとに設けるとともに、データ保持機構１１に保持させる複数行分の画素信号を、画素信号を同時に垂直方向に混合させる垂直混合列の組ごとに選択でき、かつデータ保持機構１１に保持されている複数行分の画素信号のうちから、垂直方向に混合させる画素信号の行を、前記垂直混合列の組ごとに選択できるように構成する。また、画素信号を同時に水平方向に混合させる水平混合組み合わせ列の組ごとに、垂直方向に混合される画素信号を水平方向に混合させる水平混合機構を設け、垂直方向に混合させる画素信号の行が、前記垂直混合列の組もしくは前記水平混合組み合わせ列の組ごとに異なるように構成する。【選択図】図１
2011024149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を画素信号に変換する複数個の光電変換素子が行列状に配置された光電変換素子アレイと、
行列状に配置された前記光電変換素子の列ごとに設けられ、前記光電変換素子アレイから垂直転送される前記画素信号を複数行分保持可能に構成されたデータ保持機構と、
前記光電変換素子アレイから前記画素信号が１行単位で垂直転送されるのに合わせて、前記データ保持機構にそれぞれ保持させる複数行分の前記画素信号を、前記画素信号を同時に垂直方向に混合させる列の組ごとに選択する保持データ選択機構と、
前記データ保持機構にそれぞれ保持されている複数行分の前記画素信号のうちから、垂直方向に混合させる前記画素信号の行を、前記画素信号を同時に垂直方向に混合させる列の組ごとに選択する垂直混合画素選択機構と、
前記画素信号を同時に水平方向に混合させる組み合わせ列の組ごとに、前記垂直混合画素選択機構により選択されて垂直方向に混合される前記画素信号を水平方向に混合させる水平混合機構と、
を備え、垂直方向に混合させる前記画素信号の行が、前記画素信号を同時に垂直方向に混合させる列の組もしくは前記画素信号を同時に水平方向に混合させる組み合わせ列の組ごとに異なることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
垂直方向および水平方向に混合された前記画素信号を基に生成されるフレームごとに、同時に垂直方向に混合させる前記画素信号の行をずらして、インターレース走査を行うことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体技術の発展により、高画素の固体撮像装置が実現されている。つまり、固体撮像装置の光電変換素子アレイに実装される光電変換素子の数（画素数）が飛躍的に増加してきている。固体撮像装置を用いた静止画撮影には、一般的に、全画素読み出しモードが採用されている。全画素読み出しモードは、全画素の画素信号を読み出すモードである。全画素読み出しモードを採用することにより、固体撮像装置の画素数が増加するにつれて、より高精細な静止画撮影が可能となる。
【０００３】
一方、静止画撮影と動画記録の両モードが切り替え可能に構成された固体撮像装置もある。現状では、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などのデジタル信号処理回路の動作速度に一定の限界があり、画素数が多くなる程、また消費電力の面からも、動画記録においては、静止画撮影と同様の全画素読み出しモードでの撮影が困難になってきている。
【０００４】
そのため、動画記録には、一般的に、読み出す画素信号が間引かれる画素混合読み出しモードが採用されている。すなわち、画素混合読み出しモードでは、複数の画素信号が目的に合わせて混合されて、読み出す画素信号が間引かれる。画素混合読み出しモードでは、光電変換素子アレイの少なくとも垂直方向に隣接する複数画素分の画素信号が混合される。画素混合読み出しモードを採用することにより、読み出す画素信号の数が減り、単位時間当たりのフレーム枚数が増え、高画素の固体撮像装置においても、滑らかで高速な動画像撮影が可能となる。
【０００５】
また、動画記録にインターレース読み出しモードを採用した固体撮像装置もある（例えば、特許文献１参照。）。インターレース読み出しモードは、全画素の画素信号を異なるフィールド毎に数回に分けて読み出すモードである。ＤＳＰなどのデジタル信号処理回路は、読み出されたフィールド画素から全画素読出しモードと同等のサイズの画像を構成する。インターレース読み出しモードによれば、全画素の画素信号が数回に分けて読み出されるため、単位時間当たりのフレーム枚数を増やすことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−１３０３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の画素混合読み出しモードは、全画素を混合対象としており、このことが画素信号の読み出し速度の高速化の阻害要因となって、動画記録のさらなる高品質化の妨げとなっていた。一方、インターレース読み出しモードには、画素混合読み出しモードに比べて垂直解像度が劣化するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記した従来の問題に鑑み、画素信号の読み出し速度の高速化を図り、動画記録の品質を向上させることができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項１記載の固体撮像装置は、入射光を画素信号に変換する複数個の光電変換素子が行列状に配置された光電変換素子アレイと、行列状に配置された前記光電変換素子の列ごとに設けられ、前記光電変換素子アレイから垂直転送される前記画素信号を複数行分保持可能に構成されたデータ保持機構と、前記光電変換素子アレイから前記画素信号が１行単位で垂直転送されるのに合わせて、前記データ保持機構にそれぞれ保持させる複数行分の前記画素信号を、前記画素信号を同時に垂直方向に混合させる列の組ごとに選択する保持データ選択機構と、前記データ保持機構にそれぞれ保持されている複数行分の前記画素信号のうちから、垂直方向に混合させる前記画素信号の行を、前記画素信号を同時に垂直方向に混合させる列の組ごとに選択する垂直混合画素選択機構と、前記画素信号を同時に水平方向に混合させる組み合わせ列の組ごとに、前記垂直混合画素選択機構により選択されて垂直方向に混合される前記画素信号を水平方向に混合させる水平混合機構と、を備え、垂直方向に混合させる前記画素信号の行が、前記画素信号を同時に垂直方向に混合させる列の組もしくは前記画素信号を同時に水平方向に混合させる組み合わせ列の組ごとに異なることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の請求項２記載の固体撮像装置は、請求項１記載の固体撮像装置であって、垂直方向および水平方向に混合された前記画素信号を基に生成されるフレームごとに、同時に垂直方向に混合させる前記画素信号の行をずらして、インターレース走査を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の好ましい形態によれば、高画素の固体撮像装置においても、画素信号の読み出し速度の高速化を図り、ハイビジョンまたはそれに匹敵するような高品質の動画記録を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の各実施の形態に係る固体撮像装置の要部構成の概略を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の要部構成の詳細を示す図
【図３】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図５】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置を用いて生成されるフレームの一例を示す図
【図６】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の他例の要部構成の詳細を示す図
【図７】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の他例における各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図８】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の他例における各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図９】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の要部構成の詳細を示す図
【図１０】本発明の実施の形態２および５に係るベイヤー配列のカラーフィルタを実装した光電変換素子アレイの一例を示す図
【図１１】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図１２】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図１３】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置を用いて生成されるフレームの一例を示す図
【図１４】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置を用いて生成される２種類のフレームの一例を示す図
【図１５】本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置を用いて生成される２種類のフレームの一例を示す図
【図１６】本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置の要部構成の詳細を示す図
【図１７】本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置の各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図１８】本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置の各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図１９】本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置を用いて生成されるフレームの一例を示す図
【図２０】本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置の要部構成の詳細を示す図
【図２１】本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置の各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図２２】本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置の各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図２３】本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置の各スイッチの駆動タイミングの一例を示す図
【図２４】本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置を用いて生成されるフレームの一例を示す図
【図２５】本発明の実施の形態７に係る固体撮像装置を用いて生成される２種類のフレームの一例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の固体撮像装置の各実施の形態について、図面を交えて説明する。なお、先行して説明した部材に対応する部材には同一符号を付して、説明を適宜省略する。まず、各実施の形態に共通する構成について説明する。
【００１４】
図１は本発明の各実施の形態に係る固体撮像装置の要部構成の概略を示す図である。なお、以下の各実施の形態では、ＭＯＳ固体撮像装置を例に説明するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置にも適用することができる。
【００１５】
図１に示すように、各実施の形態に係る固体撮像装置は、光電変換素子アレイ１と、垂直信号線２と、垂直走査回路３と、定電流源４と、列ＣＤＳ回路５と、水平転送回路６と、水平走査回路７と、出力回路８と、読み出しデータ選択回路９とを備える。
【００１６】
光電変換素子アレイ１には、入射光を画素信号に変換する複数個の光電変換素子１０が行列状に配置されている。光電変換素子１０は、画素信号として、入射光の強度に応じた信号レベルの電気信号を生成する。これら各光電変換素子１０が各画素を構成する。
【００１７】
垂直信号線２は、行列状に配置された光電変換素子１０の列ごとに設けられ、各列の光電変換素子１０に共通に接続する。垂直走査回路３は、光電変換素子１０を行単位で選択し、その選択した行の各光電変換素子１０から各垂直信号線２へ信号を読み出すための行選択信号を生成する。各定電流源４は、各垂直信号線２の光電変換素子アレイ１の上側の端部に接続する。垂直走査回路３は、垂直ブランキング期間に、光電変換素子アレイ１から垂直方向に１行単位で画素信号が転送されるように行選択信号を生成する。以下、垂直ブランキング期間を垂直ＢＬＫ期間と称す。
【００１８】
列ＣＤＳ回路５は、行列状に配置された光電変換素子１０の列ごとに設けられている。列ＣＤＳ回路５は、光電変換素子アレイ１から垂直転送されてくる画素信号の雑音を除去する。
【００１９】
読み出しデータ選択回路９は、行列状に配置された光電変換素子１０の列ごとに設けられたデータ保持機構１１を備える。データ保持機構１１は、列ＣＤＳ回路５によって雑音が除去された画素信号を画素単位で複数行分保持可能に構成されている。
【００２０】
また読み出しデータ選択回路９は、図示しないが、光電変換素子アレイ１から画素信号が１行単位で垂直転送されるのに合わせて、データ保持機構１１にそれぞれ保持させる複数行分の画素信号を、画素信号を同時に垂直方向に混合させる列の組ごとに選択する保持データ選択機構を備える。以下、画素信号を同時に垂直方向に混合させる列の組を垂直混合列の組と称す。
【００２１】
また読み出しデータ選択回路９は、図示しないが、データ保持機構１１にそれぞれ保持されている複数行分の画素信号のうちから、垂直方向に混合させる画素信号の行を、垂直混合列の組ごとに選択する垂直混合画素選択機構を備える。
【００２２】
また読み出しデータ選択回路９は、図示しないが、画素信号を同時に水平方向に混合させる組み合わせ列の組ごとに、前記垂直混合画素選択機構により選択されて垂直方向に混合される画素信号を水平方向に混合させる水平混合機構を備える。以下、画素信号を同時に水平方向に混合させる組み合わせ列を水平混合組み合わせ列と称す。
【００２３】
水平転送回路６は、各垂直信号線２の光電変換素子アレイ１の下側の端部に共通に接続し、出力回路８は水平転送回路６の一方の端部に接続している。水平走査回路７は、垂直方向および水平方向に混合された画素信号を読み出しデータ選択回路９から水平転送回路６へ順次読み出すための列選択信号を生成する。以下、垂直方向および水平方向に混合された画素信号を混合画素信号と称す。水平転送回路６に読み出された混合画素信号は出力回路８へ水平転送される。出力回路８は、水平転送された混合画素信号を増幅して撮像画像信号を生成する。撮像画像信号は、図示しないＤＳＰなどのデジタル信号処理回路へ送信される。デジタル信号処理回路は撮像画像信号を基にフレームを生成する。
【００２４】
また、この固体撮像装置は、垂直方向に混合させる画素信号の行が、垂直混合列の組もしくは水平混合組み合わせ列の組ごとに異なるように構成されている。この構成により、従来の画素混合読み出しモードに比べて、垂直解像度を劣化させることなく、読み出す混合画素信号の数を減少させることができるので、混合画素信号の読み出し速度の高速化を図り、ハイビジョンまたはそれに匹敵するような高品質の動画記録を実現することができる。
【００２５】
（実施の形態１）
図２は本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の要部構成の詳細を示す図であり、上記した読み出しデータ選択回路９および水平転送回路６の詳細な構成を示している。この実施の形態１に係る固体撮像装置は、垂直方向および水平方向に連続して隣接する２×２の４画素の画素信号を混合した混合画素信号を生成するように構成されている。この構成は、光電変換素子アレイにカラーフィルタを実装しない白黒の固体撮像装置に好適である。
【００２６】
この固体撮像装置の読み出しデータ選択回路９は、データ保持機構１１として、垂直方向に並置された３個のデータ保持回路１２を備える。したがって、この読み出しデータ選択回路９は、各列ごとに、３行分の画素信号を画素単位で保持可能である。
【００２７】
以下、水平方向に並置されたデータ保持回路１２からなるメモリをラインメモリと称し、各行のラインメモリを１行目から順にラインメモリＡ等と称す。また、各行のラインメモリを構成するデータ保持回路１２を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａ等と称す。
【００２８】
続いて、この固体撮像装置の読み出しデータ選択回路９が備える保持データ選択機構と垂直混合画素選択機構について説明する。ここでは、保持データ選択機構および垂直混合画素選択機構として、データ保持回路１２ごとにデータ選択スイッチ１３が設けられている。以下、各行のデータ保持回路１２＿Ａ等に対して設けられたデータ選択スイッチ１３を１行目から順にデータ選択スイッチ１３＿Ａ等と称す。
【００２９】
光電変換素子アレイ１から画素信号が１行単位で垂直転送されるのに合わせて、各データ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作することで、データ保持機構１１にそれぞれ保持させる複数行分の画素信号を、垂直混合列の組ごとに選択することができる。具体的には、オン状態のデータ選択スイッチ１３に接続するデータ保持回路１２に画素信号が保持される。
【００３０】
また、各データ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作することで、データ保持機構１１にそれぞれ保持されている複数行分の画素信号のうちから、垂直方向に混合させる画素信号の行を、垂直混合列の組ごとに選択することができる。具体的には、同一の垂直信号線２に設けられたデータ保持回路１２に保持されている画素信号のうち、オン状態のデータ選択スイッチ１３に接続するデータ保持回路１２に保持されている画素信号が混合される。
【００３１】
この実施の形態１では、垂直混合列の組は、連続して隣接する２列を２列飛ばしで組み合わせたものである。具体的には、１列目、２列目、５列目、６列目等からなる第１の垂直混合列の組と、３列目、４列目、７列目、８列目等からなる第２の垂直混合列の組がある。
【００３２】
以下、第１の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ保持回路１２＿Ａ等を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａｏｄｄ等と称す。また、第１の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ選択スイッチ１３＿Ａ等を１行目から順にデータ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄ等と称す。同様に、第２の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ保持回路１２＿Ａ等を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａｅｖｅｎ等と称し、第２の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ選択スイッチ１３＿Ａ等を１行目から順にデータ選択スイッチ１３＿Ａｅｖｅｎ等と称す。
【００３３】
各行のデータ選択スイッチ１３には、垂直混合列の組単位で異なる制御信号線ＳＷが接続しており、それらの制御信号線ＳＷを伝送する信号によってオンおよびオフが操作される。
【００３４】
以下、第１の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄ等に接続する制御信号線ＳＷを１行目から順に制御信号線ＳＷ＿Ａｏｄｄ等と称す。同様に、第２の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ選択スイッチ１３＿Ａｅｖｅｎ等に接続する制御信号線ＳＷを１行目から順に制御信号線ＳＷ＿Ａｅｖｅｎ等と称す。
【００３５】
続いて、この固体撮像装置の読み出しデータ選択回路９が備える水平混合機構について説明する。ここでは、水平混合機構として、各水平混合組み合わせ列を構成する垂直信号線２間に接続する水平短絡スイッチ１４が設けられている。各水平短絡スイッチ１４のオンおよびオフを操作することで、水平混合組み合わせ列の組ごとに、データ選択スイッチ１３により選択されて垂直方向に混合される画素信号を水平方向に混合させることができる。具体的には、オン状態の水平短絡スイッチ１４が接続する各垂直信号線２に設けられたデータ保持回路１２に保持されている画素信号のうち、データ選択スイッチ１３により選択されて垂直方向に混合される画素信号が水平方向にも混合される。
【００３６】
この実施の形態１では、水平混合組み合わせ列は、連続して隣接する２列からなり、水平混合組み合わせ列間で同じ列を含まないように組み合わされている。具体的には、水平混合組み合わせ列は、１列目と２列目の組、３列目と４列目の組等である。一方、水平混合組み合わせ列の組は、連続して隣接する２列を２列飛ばしで組み合わせたものであり、上記した垂直混合列の組と同じ組み合わせとなる。具体的には、第１の水平混合組み合わせ列の組は、１列目、２列目、５列目、６列目等からなり、第２の水平混合組み合わせ列の組は、３列目、４列目、７列目、８列目等からなる。
【００３７】
水平短絡スイッチ１４には、水平混合組み合わせ列の組単位で異なる制御信号線Ｍｉｘが接続しており、それらの制御信号線Ｍｉｘを伝送する信号によってオンおよびオフが操作される。
【００３８】
以下、第１の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッチ１４＿ｏｄｄ、第２の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッ１４＿ｅｖｅｎと称し、水平短絡スイッチ１４＿ｏｄｄに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿ｏｄｄ、水平短絡スイッチ１４＿ｅｖｅｎに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿ｅｖｅｎと称す。
【００３９】
続いて、この固体撮像装置の水平転送回路６について説明する。ここでは、水平転送回路６は、列選択スイッチ１５と、水平共通信号線１６からなる。各列選択スイッチ１５は、各垂直信号線２の光電変換素子アレイ１の下側の端部近傍に設けられている。水平共通信号線１６は、各垂直信号線２の光電変換素子アレイ１の下側の端部に共通に接続している。
【００４０】
水平走査回路７が生成する列選択信号は、列選択スイッチ１５のオンおよびオフを操作する信号である。オン状態の列選択スイッチ１５から混合画素信号が水平共通信号線１６へ読み出されて、出力回路８へ転送される。
【００４１】
以上説明したように読み出しデータ選択回路９が構成された固体撮像装置において、データ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４の駆動タイミングを制御することにより、垂直方向に混合させる画素信号の行を、垂直混合列の組ごとに異なったものにすることができる。具体的には、この実施の形態１では、第１および第２の垂直混合列の組の間で１行ずれた画素信号を垂直方向に混合させる。
【００４２】
続いて、この実施の形態１におけるデータ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４の駆動タイミングについて、図３および図４を用いて説明する。図３および図４に示すように、データ保持回路１２＿Ｃｏｄｄに、光電変換素子アレイ１のｎ−１行目の画素信号が保持されている場合、次の垂直ＢＬＫ期間に、データ選択スイッチ１３＿Ａとデータ選択スイッチ１３＿Ｂを順次オン状態にして、データ保持回路１２＿Ａとデータ保持回路１２＿Ｂに順次ｎ行目の画素信号とｎ＋１行目の画素信号を保持させる。
【００４３】
そして、次の水平読み出し期間に、図３に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄ、データ選択スイッチ１３＿Ｃｏｄｄ、および水平短絡スイッチ１４＿ｏｄｄをオン状態にして、第１の垂直混合列の組に、ｎ−１行目の画素信号とｎ行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させた後、図４に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ａｅｖｅｎ、データ選択スイッチ１３＿Ｂｅｖｅｎ、および水平短絡スイッチ１４＿ｅｖｅｎをオン状態にして、第２の垂直混合列の組に、ｎ行目の画素信号とｎ＋１行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させる。
【００４４】
同様にして、次の垂直ＢＬＫ期間において、データ保持回路１２＿Ｃにｎ＋２行目の画素信号を保持させ、データ保持回路１２＿Ａにｎ＋３行目の画素信号を保持させた後、次の水平読み出し期間において、図３に示すように、第１の垂直混合列の組には、ｎ＋１行目の画素信号とｎ＋２行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、図４に示すように、第２の垂直混合列の組には、ｎ＋２行目の画素信号とｎ＋３行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させる。以降も、同様にして、第１および第２の垂直混合列の組の間で１行ずれた画素信号を垂直方向および水平方向に混合させる。
【００４５】
図５に、この実施の形態１に係る固体撮像装置を用いて生成されるフレームの一例を示す。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示すように光電変換素子アレイ１が８×６画素アレイの場合に、この実施の形態１に係る固体撮像装置を用いて生成されるフレームを示している。また比較のために、図５（ｃ）に従来の固体撮像装置を用いて生成されるフレームを示す。図５（ｃ）に示すように、従来の固体撮像装置が全画素について２×２の画素混合を行っていたのに対し、この実施の形態１に係る固体撮像装置は、図５（ｂ）に示すように、第１および第２の垂直混合列の組の間で１行ずれた画素信号を垂直方向および水平方向に混合させるので、垂直解像度を劣化させることなく、読み出す混合画素信号の数を減少させることができ、画素信号の読み出し速度の高速化を図ることができる。
【００４６】
なお、ここでは、垂直混合列の組単位でデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作する構成として、各行のラインメモリに対して垂直混合列の組ごとに制御信号線ＳＷを設ける場合について説明したが、制御信号線ＳＷに変えて、水平混合組み合わせ列の組ごとに設けた制御信号線Ｍｉｘを利用してデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作する論理回路を設けることで、各行のラインメモリに対して設ける制御信号線ＳＷの数を減らし、固体撮像装置の構成を簡略化してもよい。
【００４７】
例えば図６に示すように、第１の水平混合組み合わせ列の組に対して設けられた制御信号線Ｍｉｘ＿ｏｄｄに一方の入力端子が接続するＡＮＤ回路１７＿ｏｄｄと、第２の水平混合組み合わせ列の組に対して設けられた制御信号線Ｍｉｘ＿ｅｖｅｎに一方の入力端子が接続するＡＮＤ回路１７＿ｅｖｅｎとを各行のラインメモリに対して設けて、ＡＮＤ回路１７＿ｏｄｄが第１の垂直混合列の組に設けられたデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作し、ＡＮＤ回路１７＿ｅｖｅｎが第２の垂直混合列の組に設けられたデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作する構成とすれば、各行のラインメモリに対して１本の制御信号線ＳＷを設けるだけで済むので、固体撮像装置の構成を簡略化することができる。
【００４８】
図７および図８は、図６に示す構成の固体撮像装置におけるデータ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４の駆動タイミングの一例を示す図である。図７および図８に示すようにデータ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４を駆動すれば、図２に示す構成の固体撮像装置と同様に、第１および第２の垂直混合列の組の間で１行ずれた画素信号を垂直方向に混合させることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図９は本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の要部構成の詳細を示す図であり、上記した読み出しデータ選択回路９および水平転送回路６の詳細な構成を示している。この実施の形態２に係る固体撮像装置は、垂直方向および水平方向に１画素飛ばしで隣接する２×２の４画素の画素信号を混合した混合画素信号を生成するように構成されている。この構成は、光電変換素子アレイにベイヤー配列のカラーフィルタを実装した固体撮像装置に好適である。
【００５０】
図１０にベイヤー配列のカラーフィルタを実装した光電変換素子アレイ１の一例を示す。ベイヤー配列では、Ｒフィルタ、Ｇｒフィルタ、Ｇｂフィルタ、Ｂフィルタがそれぞれ垂直方向および水平方向に１画素飛ばしで配置される。したがって、この実施の形態２に係る固体撮像装置を、光電変換素子アレイにベイヤー配列のカラーフィルタを実装した固体撮像装置に適用すれば、隣接する同色の４画素の画素信号を混合した混合画素信号を生成することができる。なお、Ｒフィルタ、Ｇｒフィルタ、Ｇｂフィルタ、Ｂフィルタの光電変換素子アレイ１に対する位置取りは、図１０に示すものに限定されるものではない。
【００５１】
この固体撮像装置の読み出しデータ選択回路９は、データ保持機構１１として、垂直方向に並置された５個のデータ保持回路１２を備える。したがって、この読み出しデータ選択回路９は、各列ごとに、５行分の画素信号を画素単位で保持可能である。
【００５２】
この実施の形態２においても、前述した実施の形態１と同様に、各行のラインメモリを１行目から順にラインメモリＡ等と称し、各行のラインメモリを構成するデータ保持回路１２を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａ等と称し、各行のデータ保持回路１２＿Ａ等に対して設けられたデータ選択スイッチ１３を１行目から順にデータ選択スイッチ１３＿Ａ等と称す。
【００５３】
また、この実施の形態２では、垂直混合列の組は、連続して隣接する４列を４列飛ばしで組み合わせたものである。具体的には、１列目ないし４列目、９列目ないし１２列目等からなる第１の垂直混合列の組と、５列目ないし８列目、１３列目ないし１６列目等からなる第２の垂直混合列の組がある。
【００５４】
この実施の形態２においても、前述した実施の形態１と同様に、第１の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ保持回路１２＿Ａ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ等を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａｏｄｄ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄ等と称し、第２の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ保持回路１２＿Ａ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ等を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａｅｖｅｎ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａｅｖｅｎ等と称す。また、第１および第２の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａｅｖｅｎ等に接続する制御信号線ＳＷを１行目から順に制御信号線ＳＷ＿Ａｏｄｄ等および制御信号線ＳＷ＿Ａｅｖｅｎ等と称す。
【００５５】
また、この実施の形態２では、水平混合組み合わせ列は、１列飛ばしの２列からなり、水平混合組み合わせ列間で同じ列を含まないように組み合わされている。具体的には、水平混合組み合わせ列は、１列目と３列目の組、２列目と４列目の組、５列目と７列目の組、６列目と８列目の組等である。一方、水平混合組み合わせ列の組は、連続して隣接する４列を４列飛ばしで組み合わせたものであり、上記した垂直混合列の組と同じ組み合わせとなる。具体的には、第１の水平混合組み合わせ列の組は、１列目ないし４列目、９列目ないし１２列目等からなり、第２の水平混合組み合わせ列の組は、５列目ないし８列目、１３列目ないし１６列目等からなる。
【００５６】
この実施の形態２においても、前述した実施の形態１と同様に、第１の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッチ１４＿ｏｄｄ、第２の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッ１４＿ｅｖｅｎと称し、水平短絡スイッチ１４＿ｏｄｄに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿ｏｄｄ、水平短絡スイッチ１４＿ｅｖｅｎに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿ｅｖｅｎと称す。
【００５７】
以上説明したように読み出しデータ選択回路９が構成された固体撮像装置において、データ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４の駆動タイミングを制御することにより、垂直方向に混合させる画素信号の行を、垂直混合列の組ごとに異なったものにすることができる。具体的には、この実施の形態２では、第１および第２の垂直混合列の組の間で２行ずれた画素信号を垂直方向に混合させる。
【００５８】
続いて、この実施の形態２におけるデータ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４の駆動タイミングについて、図１１および図１２を用いて説明する。図１１および図１２に示すように、データ保持回路１２＿Ａｏｄｄに、光電変換素子アレイ１のｎ行目の画素信号が保持され、データ保持回路１２＿Ｂｏｄｄに、光電変換素子アレイ１のｎ＋１行目の画素信号が保持され、データ保持回路１２＿Ｃｏｄｄおよびデータ保持回路１２＿Ｃｅｖｅｎに、光電変換素子アレイ１のｎ＋２行目の画素信号が保持されている場合、次の垂直ＢＬＫ期間に、データ選択スイッチ１３＿Ｄとデータ選択スイッチ１３＿Ｅを順次オン状態にして、データ保持回路１２＿Ｄとデータ保持回路１２＿Ｅに順次ｎ＋３行目の画素信号とｎ＋４行目の画素信号を保持させる。
【００５９】
そして、次の水平読み出し期間に、図１１に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄ、データ選択スイッチ１３＿Ｃｏｄｄ、および水平短絡スイッチ１４＿ｏｄｄをオン状態にして、第１の垂直混合列の組に、ｎ行目の画素信号とｎ＋２行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させた後、図１２に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ｃｅｖｅｎ、データ選択スイッチ１３＿Ｅｅｖｅｎ、および水平短絡スイッチ１４＿ｅｖｅｎをオン状態にして、第２の垂直混合列の組に、ｎ＋２行目の画素信号とｎ＋４行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させる。
【００６０】
同様にして、次の垂直ＢＬＫ期間において、データ保持回路１２＿Ａｏｄｄおよびデータ保持回路１２＿Ｃｅｖｅｎにｎ＋５行目の画素信号を保持させ、データ保持回路１２＿Ｃｏｄｄおよびデータ保持回路１２＿Ｅｅｖｅｎにｎ＋６行目の画素信号を保持させた後、次の水平読み出し期間において、図１１に示すように、第１の垂直混合列の組には、ｎ＋１行目の画素信号とｎ＋３行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、図１２に示すように、第２の垂直混合列の組には、ｎ＋３行目の画素信号とｎ＋５行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させる。以降も、同様にして、第１および第２の垂直混合列の組の間で２行ずれた画素信号を垂直方向および水平方向に混合させる。
【００６１】
図１３（ａ）に、この実施の形態２に係る固体撮像装置を用いて生成されるフレームの一例を示す。また比較のために、図１３（ｂ）に従来の固体撮像装置を用いて生成されるフレームを示す。図１３（ｂ）に示すように、従来の固体撮像装置が全画素について、垂直方向および水平方向に１画素飛ばしで隣接する２×２の画素混合を行っていたのに対し、この実施の形態２に係る固体撮像装置は、図１３（ａ）に示すように、第１および第２の垂直混合列の組の間で２行ずれた画素信号を垂直方向および水平方向に混合させるので、垂直解像度を劣化させることなく、読み出す混合画素信号の数を減少させることができ、画素信号の読み出し速度の高速化を図ることができる。
【００６２】
なお、ここでは、垂直混合列の組単位でデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作する構成として、各行のラインメモリに対して垂直混合列の組ごとに制御信号線ＳＷを設ける場合について説明したが、制御信号線ＳＷに変えて、水平混合組み合わせ列の組ごとに設けた制御信号線Ｍｉｘを利用してデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作する論理回路を設けることで、各行のラインメモリに対して設ける制御信号線ＳＷの数を減らし、固体撮像装置の構成を簡略化してもよい。
【００６３】
（実施の形態３）
図１４は本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置を用いて生成される２種類のフレームの一例を示す図であり、図１４（ａ）に示すフレームは、前述した実施の形態１において説明した図５（ｂ）に示すフレームと同一である。
【００６４】
この実施の形態３に係る固体撮像装置の構成は、前述した実施の形態１において説明した図２に示す構成と同一である。この実施の形態３は、同時に垂直方向に混合させる画素信号の行がフレームごとにずれるようにデータ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４を駆動して、図１４（ａ）に示すフレームと図１４（ｂ）に示すフレームを交互に生成させてインターレース走査を行う点で、前述した実施の形態１と異なる。
【００６５】
具体的には、図１４（ｂ）に示すフレームを生成する際には、第１の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行を、図１４（ａ）に示すフレームを生成する際に第２の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行へ入れ替えるとともに、第２の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行を、図１４（ａ）に示すフレームを生成する際に第１の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行へ入れ替える。
【００６６】
このように、第１の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行と第２の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行をフレームごとに入れ替えて、図１４（ａ）に示すフレームと図１４（ｂ）に示すフレームを交互に生成させ、インターレース化することで、静止画画質はそのままで、動画画質をさらに向上させることが可能となる。
【００６７】
（実施の形態４）
図１５は本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置を用いて生成される２種類のフレームの一例を示す図であり、図１５（ａ）に示すフレームは、前述した実施の形態２において説明した図１３（ａ）に示すフレームと同一である。
【００６８】
この実施の形態４に係る固体撮像装置の構成は、前述した実施の形態２において説明した図９に示す構成と同一である。この実施の形態４は、同時に垂直方向に混合させる画素信号の行がフレームごとにずれるようにデータ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４を駆動して、図１５（ａ）に示すフレームと図１５（ｂ）に示すフレームを交互に生成させてインターレース走査を行う点で、前述した実施の形態２と異なる。
【００６９】
具体的には、図１５（ｂ）に示すフレームを生成する際には、第１の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行を、図１５（ａ）に示すフレームを生成する際に第２の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行へ入れ替えるとともに、第２の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行を、図１５（ａ）に示すフレームを生成する際に第１の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行へ入れ替える。
【００７０】
このように、第１の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行と第２の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行をフレームごとに入れ替えて、図１５（ａ）に示すフレームと図１５（ｂ）に示すフレームを交互に生成させ、インターレース化することで、静止画画質はそのままで、動画画質をさらに向上させることが可能となる。
【００７１】
（実施の形態５）
図１６は本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置の要部構成の詳細を示す図であり、上記した読み出しデータ選択回路９および水平転送回路６の詳細な構成を示している。この実施の形態５に係る固体撮像装置は、垂直方向および水平方向に１画素飛ばしで隣接する２×２の４画素の画素信号を混合した混合画素信号を生成するように構成されている。この構成は、光電変換素子アレイにベイヤー配列のカラーフィルタを実装した固体撮像装置に好適である。すなわち、この実施の形態５に係る固体撮像装置を、光電変換素子アレイにベイヤー配列のカラーフィルタを実装した固体撮像装置に適用すれば、隣接する同色の４画素の画素信号を混合した混合画素信号が生成される。
【００７２】
この固体撮像装置の読み出しデータ選択回路９は、データ保持機構１１として、垂直方向に並置された４個のデータ保持回路１２を備える。したがって、この読み出しデータ選択回路９は、各列ごとに、４行分の画素信号を画素単位で保持可能である。
【００７３】
この実施の形態５においても、前述した実施の形態１と同様に、各行のラインメモリを１行目から順にラインメモリＡ等と称し、各行のラインメモリを構成するデータ保持回路１２を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａ等と称し、各行のデータ保持回路１２＿Ａ等に対して設けられたデータ選択スイッチ１３を１行目から順にデータ選択スイッチ１３＿Ａ等と称す。
【００７４】
また、この実施の形態５では、垂直混合列の組は、１列飛ばしで隣接する列を組み合わせたものである。具体的には、奇数列からなる第１の垂直混合列の組と偶数列からなる第２の垂直混合列の組がある。
【００７５】
この実施の形態５においても、前述した実施の形態１と同様に、第１の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ保持回路１２＿Ａ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ等を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａｏｄｄ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄ等と称し、第２の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ保持回路１２＿Ａ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ等を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａｅｖｅｎ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａｅｖｅｎ等と称す。また、第１および第２の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａｅｖｅｎ等に接続する制御信号線ＳＷを１行目から順に制御信号線ＳＷ＿Ａｏｄｄ等および制御信号線ＳＷ＿Ａｅｖｅｎ等と称す。
【００７６】
また、この実施の形態５では、水平混合組み合わせ列は、１列飛ばしの２列からなる。但し、前述した実施の形態２と異なり、水平混合組み合わせ列間で同じ列を含む。具体的には、水平混合組み合わせ列は、１列目と３列目の組、２列目と４列目の組、３列目と５列目の組、４列目と６列目の組等である。一方、水平混合組み合わせ列の組には４つの組があり、各組は始端列を１列ずつずらして１列飛ばしで組み合わせたものである。具体的には、第１の水平混合組み合わせ列の組は奇数列を組み合わせたものであり、１列目、３列目、５列目、７列目等からなる。第２の水平混合組み合わせ列の組は、第１の水平混合組み合わせ列の組の始端列から２列ずれた列を始端列として奇数列を組み合わせたものであり、３列目、５列目、７列目、９列目等からなる。第３の水平混合組み合わせ列の組は偶数列を組み合わせたものであり、２列目、４列目、６列目、８列目等からなる。第４の水平混合組み合わせ列の組は、第３の水平混合組み合わせ列の組の始端列から２列ずれた列を始端列として偶数列を組み合わせたものであり、４列目、６列目、８列目、１０列目等からなる。
【００７７】
以下、第１の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッチ１４＿１ｓｔ、第２の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッ１４＿２ｎｄ、第３の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッチ１４＿３ｒｄ、第４の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッ１４＿４ｔｈと称す。また、水平短絡スイッチ１４＿１ｓｔに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿１ｓｔ、水平短絡スイッチ１４＿２ｎｄに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿２ｎｄ、水平短絡スイッチ１４＿３ｒｄに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿３ｒｄ、水平短絡スイッチ１４＿４ｔｈに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿４ｔｈと称す。
【００７８】
以上説明したように読み出しデータ選択回路９が構成された固体撮像装置において、データ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４の駆動タイミングを制御することにより、垂直方向に混合させる画素信号の行を、水平混合組み合わせ列の組ごとに異なったものにすることができる。具体的には、この実施の形態５では、第１ないし第４の水平混合組み合わせ列の組の間で１行ずつずれた画素信号を垂直方向に混合させる。
【００７９】
続いて、この実施の形態５におけるデータ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４の駆動タイミングについて、図１７および図１８を用いて説明する。図１７および図１８に示すように、データ保持回路１２＿Ａｏｄｄに、光電変換素子アレイ１のｎ行目の画素信号が保持され、データ保持回路１２＿Ｂｏｄｄに、光電変換素子アレイ１のｎ＋１行目の画素信号が保持されている場合、次の垂直ＢＬＫ期間に、データ選択スイッチ１３＿Ｃとデータ選択スイッチ１３＿Ｄを順次オン状態にして、データ保持回路１２＿Ｃとデータ保持回路１２＿Ｄに順次ｎ＋２行目の画素信号とｎ＋３行目の画素信号を保持させる。
【００８０】
そして、次の水平読み出し期間に、図１７に示すように、まずデータ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄ、データ選択スイッチ１３＿Ｃｏｄｄ、および水平短絡スイッチ１４＿１ｓｔをオン状態にして、第１の水平混合組み合わせ列の組に、ｎ行目の画素信号とｎ＋２行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させた後、データ選択スイッチ１３＿Ｂｏｄｄ、データ選択スイッチ１３＿Ｄｏｄｄ、および水平短絡スイッチ１４＿２ｎｄをオン状態にして、第２の水平混合組み合わせ列の組に、ｎ＋１行目の画素信号とｎ＋３行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させる。
【００８１】
その後、次の垂直ＢＬＫ期間に、図１７および図１８に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ａとデータ選択スイッチ１３＿Ｂを順次オン状態にして、データ保持回路１２＿Ａとデータ保持回路１２＿Ｂに順次ｎ＋４行目の画素信号とｎ＋５行目の画素信号を保持させ、次の水平読み出し期間に、図１８に示すように、まずデータ選択スイッチ１３＿Ａｅｖｅｎ、データ選択スイッチ１３＿Ｃｅｖｅｎ、および水平短絡スイッチ１４＿３ｒｄをオン状態にして、第３の水平混合組み合わせ列の組に、ｎ＋２行目の画素信号とｎ＋４行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させた後、データ選択スイッチ１３＿Ｂｅｖｅｎ、データ選択スイッチ１３＿Ｄｅｖｅｎ、および水平短絡スイッチ１４＿４ｔｈをオン状態にして、第４の水平混合組み合わせ列の組に、ｎ＋３行目の画素信号とｎ＋５行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させる。
【００８２】
同様にして、次の垂直ＢＬＫ期間において、図１７および図１８に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ｃｏｄｄおよびデータ選択スイッチ１３＿Ａｅｖｅｎをオン状態にして、データ保持回路１２＿Ｃｏｄｄおよびデータ保持回路１２＿Ａｅｖｅｎにｎ＋６行目の画素信号を保持させた後、データ選択スイッチ１３＿Ｄｏｄｄおよびデータ選択スイッチ１３＿Ｂｅｖｅｎをオン状態にして、データ保持回路１２＿Ｄｏｄｄおよびデータ保持回路１２＿Ｂｅｖｅｎにｎ＋７行目の画素信号を保持させ、次の水平読み出し期間において、図１７に示すように、第１の水平混合組み合わせ列の組に、ｎ＋４行目の画素信号とｎ＋６行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させた後、第２の水平混合組み合わせ列の組に、ｎ＋５行目の画素信号とｎ＋７行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させ、次の垂直ＢＬＫ期間において、図１７および図１８に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ａｏｄｄおよびデータ選択スイッチ１３＿Ｃｅｖｅｎをオン状態にして、データ保持回路１２＿Ａｏｄｄおよびデータ保持回路１２＿Ｃｅｖｅｎにｎ＋８行目の画素信号を保持させた後、データ選択スイッチ１３＿Ｂｏｄｄおよびデータ選択スイッチ１３＿Ｄｅｖｅｎをオン状態にして、データ保持回路１２＿Ｂｏｄｄおよびデータ保持回路１２＿Ｄｅｖｅｎにｎ＋９行目の画素信号を保持させ、次の水平読み出し期間において、図１８に示すように、第３の水平混合組み合わせ列の組に、ｎ＋６行目の画素信号とｎ＋８行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させた後、第４の水平混合組み合わせ列の組に、ｎ＋７行目の画素信号とｎ＋９行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させる。以降も、同様にして、第１ないし第４の水平混合組み合わせ列の組の間で１行ずつずれた画素信号を垂直方向および水平方向に混合させる。
【００８３】
図１９に、この実施の形態５に係る固体撮像装置を用いて生成されるフレームの一例を示す。この実施の形態５に係る固体撮像装置は、図１９に示すように、第１ないし第４の水平混合組み合わせ列の組の間で１行ずつずれた画素信号を垂直方向および水平方向に混合させるので、垂直解像度を劣化させることなく、前述した実施の形態２に比べてさらに読み出す混合画素信号の数を減少させることができ、画素信号の読み出し速度の高速化を図ることができる。
【００８４】
なお、ここでは、垂直混合列の組単位でデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作する構成として、各行のラインメモリに対して垂直混合列の組ごとに制御信号線ＳＷを設ける場合について説明したが、制御信号線ＳＷに変えて、水平混合組み合わせ列の組ごとに設けた制御信号線Ｍｉｘを利用してデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作する論理回路を設けることで、各行のラインメモリに対して設ける制御信号線ＳＷの数を減らし、固体撮像装置の構成を簡略化してもよい。
【００８５】
（実施の形態６）
図２０は本発明の実施の形態６に係る固体撮像装置の要部構成の詳細を示す図であり、上記した読み出しデータ選択回路９および水平転送回路６の詳細な構成を示している。この実施の形態６に係る固体撮像装置は、垂直方向および水平方向に連続して隣接する３×３の９画素の画素信号を混合した混合画素信号を生成するように構成されている。この構成は、光電変換素子アレイにカラーフィルタを実装しない白黒の固体撮像装置に好適である。
【００８６】
この固体撮像装置の読み出しデータ選択回路９は、データ保持機構１１として、垂直方向に並置された５個のデータ保持回路１２を備える。したがって、この読み出しデータ選択回路９は、各列ごとに、５行分の画素信号を画素単位で保持可能である。
【００８７】
この実施の形態６においても、前述した実施の形態１と同様に、各行のラインメモリを１行目から順にラインメモリＡ等と称し、各行のラインメモリを構成するデータ保持回路１２を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａ等と称し、各行のデータ保持回路１２＿Ａ等に対して設けられたデータ選択スイッチ１３を１行目から順にデータ選択スイッチ１３＿Ａ等と称す。
【００８８】
また、この実施の形態６では、垂直混合列の組は、連続して隣接する３列を６列飛ばしで組み合わせたものである。具体的には、１列目ないし３列目、１０列目ないし１２列目等からなる第１の垂直混合列の組と、４列目ないし６列目、１３列目ないし１５列目等からなる第２の垂直混合列の組と、７列目ないし９列目、１６列目ないし１８列目等からなる第３の垂直混合列の組がある。
【００８９】
この実施の形態６では、第１の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ保持回路１２＿Ａ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ等を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａ１ｓｔ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ１ｓｔ等と称し、第２の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ保持回路１２＿Ａ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ等を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａ２ｎｄ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ２ｎｄ等と称し、第３の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ保持回路１２＿Ａ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ等を１行目から順にデータ保持回路１２＿Ａ３ｒｄ等およびデータ選択スイッチ１３＿Ａ３ｒｄ等と称す。また、第１、第２、第３の垂直混合列の組に設けられた各行のデータ選択スイッチ１３＿Ａ１ｓｔ等、データ選択スイッチ１３＿Ａ２ｎｄ等、データ選択スイッチ１３＿Ａ３ｒｄ等に接続する制御信号線ＳＷを１行目から順に制御信号線ＳＷ＿Ａ１ｓｔ等、制御信号線ＳＷ＿Ａ２ｎｄ等、制御信号線ＳＷ＿Ａ３ｒｄ等と称す。
【００９０】
また、この実施の形態６では、水平混合組み合わせ列は、連続して隣接する３列からなり、水平混合組み合わせ列間で同じ列を含まないように組み合わされている。具体的には、水平混合組み合わせ列は、１列目ないし３列目の組、４列目ないし６列目の組、７列目ないし９列目等である。一方、水平混合組み合わせ列の組は、連続して隣接する３列を６列飛ばしで組み合わせたものであり、上記した垂直混合列の組と同じ組み合わせとなる。具体的には、第１の水平混合組み合わせ列の組は、１列目ないし３列目、１０列目ないし１２列目等からなり、第２の水平混合組み合わせ列の組は、４列目ないし６列目、１３列目ないし１５列目等からなり、第３の水平混合組み合わせ列の組は、７列目ないし９列目、１６列目ないし１８列目等からなる。
【００９１】
以下、第１の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッチ１４＿１ｓｔ、第２の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッ１４＿２ｎｄ、第３の水平混合組み合わせ列の組に設けられた水平短絡スイッチ１４を水平短絡スイッ１４＿３ｒｄと称す。また、水平短絡スイッチ１４＿１ｓｔに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿１ｓｔ、水平短絡スイッチ１４＿２ｎｄに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿２ｎｄ、水平短絡スイッチ１４＿３ｒｄに接続する制御信号線Ｍｉｘを制御信号線Ｍｉｘ＿３ｒｄと称す。
【００９２】
以上説明したように読み出しデータ選択回路９が構成された固体撮像装置において、データ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４の駆動タイミングを制御することにより、垂直方向に混合させる画素信号の行を、垂直混合列の組ごとに異なったものにすることができる。具体的には、この実施の形態６では、第１ないし第３の垂直混合列の組の間で１行ずつずれた画素信号を垂直方向に混合させる。
【００９３】
続いて、この実施の形態６におけるデータ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４の駆動タイミングについて、図２１ないし図２３を用いて説明する。図２１ないし図２３に示すように、データ保持回路１２＿Ｄ１ｓｔに、光電変換素子アレイ１のｎ−１行目の画素信号が保持され、データ保持回路１２＿Ｅ１ｓｔおよびデータ保持回路１２＿Ｅ２ｎｄに、光電変換素子アレイ１のｎ行目の画素信号が保持されている場合、次の垂直ＢＬＫ期間に、データ選択スイッチ１３＿Ａ、データ選択スイッチ１３＿Ｂ、データ選択スイッチ１３＿Ｃを順次オン状態にして、データ保持回路１２＿Ａ、データ保持回路１２＿Ｂ、データ保持回路１２＿Ｃに順次ｎ＋１行目の画素信号、ｎ＋２行目の画素信号、ｎ＋３行目の画素信号を保持させる。
【００９４】
そして、次の水平読み出し期間に、図２１に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ａ１ｓｔ、データ選択スイッチ１３＿Ｄ１ｓｔ、データ選択スイッチ１３＿Ｅ１ｓｔ、および水平短絡スイッチ１４＿１ｓｔをオン状態にして、第１の垂直混合列の組に、ｎ−１行目の画素信号とｎ行目の画素信号とｎ＋１行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させた後、図２２に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ａ２ｎｄ、データ選択スイッチ１３＿Ｂ２ｎｄ、データ選択スイッチ１３＿Ｅ２ｎｄ、および水平短絡スイッチ１４＿２ｎｄをオン状態にして、第２の垂直混合列の組に、ｎ行目の画素信号とｎ＋１行目の画素信号とｎ＋２行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させ、さらにその後、図２３に示すように、データ選択スイッチ１３＿Ａ３ｒｄ、データ選択スイッチ１３＿Ｂ３ｒｄ、データ選択スイッチ１３＿Ｃ３ｒｄ、および水平短絡スイッチ１４＿Ｃ３ｒｄをオン状態にして、第３の垂直混合列の組に、ｎ＋１行目の画素信号とｎ＋２行目の画素信号とｎ＋３行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させる。
【００９５】
同様にして、次の垂直ＢＬＫ期間において、データ選択スイッチ１３＿Ａをオン状態にして、データ保持回路１２＿Ａにｎ＋４行目の画素信号を保持させ、次にデータ選択スイッチ１３＿Ｄ１ｓｔ、データ選択スイッチ１３＿Ｂ２ｎｄおよびデータ選択スイッチ１３＿Ｂ３ｒｄをオン状態にして、データ保持回路１２＿Ｄ１ｓｔ、データ保持回路１２＿Ｂ２ｎｄおよびデータ保持回路１２＿Ｂ３ｒｄにｎ＋５行目の画素信号を保持させ、次にデータ選択スイッチ１３＿Ｅ１ｓｔ、データ選択スイッチ１３＿Ｅ２ｎｄおよびデータ選択スイッチ１３＿Ｃ３ｒｄをオン状態にして、データ保持回路１２＿Ｅ１ｓｔ、データ保持回路１２＿Ｅ２ｎｄおよびデータ保持回路１２＿Ｃ３ｒｄにｎ＋６行目の画素信号を保持させ、次の水平読み出し期間において、図２１に示すように、第１の垂直混合列の組に、ｎ＋２行目の画素信号とｎ＋３行目の画素信号とｎ＋４行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させ、次に、図２２に示すように、第２の垂直混合列の組に、ｎ＋３行目の画素信号とｎ＋４行目の画素信号とｎ＋５行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させ、次に、図２３に示すように、第３の垂直混合列の組に、ｎ＋４行目の画素信号とｎ＋５行目の画素信号とｎ＋６行目の画素信号を水平混合組み合わせ列単位で垂直方向および水平方向に混合した混合画素信号を発生させ、それらの混合画素信号を水平転送させる。以降も、同様にして、第１ないし第３の垂直混合列の組の間で１行ずつずれた画素信号を垂直方向および水平方向に混合させる。
【００９６】
図２４（ａ）に、この実施の形態６に係る固体撮像装置を用いて生成されるフレームの一例を示す。また比較のために、図２４（ｂ）に従来の固体撮像装置を用いて生成されるフレームを示す。図２４（ｂ）に示すように、従来の固体撮像装置が全画素について３×３の画素混合を行っていたのに対し、この実施の形態６に係る固体撮像装置は、図２４（ａ）に示すように、第１ないし第３の垂直混合列の組の間で１行ずつずれた画素信号を垂直方向および水平方向に混合させるので、垂直解像度を劣化させることなく、読み出す混合画素信号の数を減少させることができ、画素信号の読み出し速度の高速化を図ることができる。
【００９７】
なお、ここでは、垂直混合列の組単位でデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作する構成として、各行のラインメモリに対して垂直混合列の組ごとに制御信号線ＳＷを設ける場合について説明したが、制御信号線ＳＷに変えて、水平混合組み合わせ列の組ごとに設けた制御信号線Ｍｉｘを利用してデータ選択スイッチ１３のオンおよびオフを操作する論理回路を設けることで、各行のラインメモリに対して設ける制御信号線ＳＷの数を減らし、固体撮像装置の構成を簡略化してもよい。
【００９８】
（実施の形態７）
図２５は本発明の実施の形態７に係る固体撮像装置を用いて生成される２種類のフレームの一例を示す図であり、図２５（ａ）に示すフレームは、前述した実施の形態６において説明した図２４（ａ）に示すフレームと同一である。
【００９９】
この実施の形態７に係る固体撮像装置の構成は、前述した実施の形態６において説明した図２０に示す構成と同一である。この実施の形態７は、第１の垂直混合列の組と第３の垂直混合列の組において同時に垂直方向に混合させる画素信号の行が、フレームごとにずれるようにデータ選択スイッチ１３と水平短絡スイッチ１４を駆動して、図２５（ａ）に示すフレームと図２５（ｂ）に示すフレームを交互に生成させてインターレース走査を行う点で、前述した実施の形態６と異なる。
【０１００】
具体的には、図２５（ｂ）に示すフレームを生成する際には、第１の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行を、図２５（ａ）に示すフレームを生成する際に第３の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行へ入れ替えるとともに、第３の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行を、図２５（ａ）に示すフレームを生成する際に第１の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行へ入れ替える。
【０１０１】
このように、第１の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行と第３の垂直混合列の組において混合させる画素信号の行をフレームごとに入れ替えて、図２５（ａ）に示すフレームと図２５（ｂ）に示すフレームを交互に生成させ、インターレース化することで、静止画画質はそのままで、動画画質をさらに向上させることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明にかかる固体撮像装置は、画素信号の読み出し速度の高速化を図り、動画記録の品質を向上させることができ、静止画撮影と動画記録の両モードが切り替え可能に構成されたデジタルカメラ等に有用である。
【符号の説明】
【０１０３】
１      光電変換素子アレイ
２      垂直信号線
３      垂直走査回路
４      定電流源
５      列ＣＤＳ回路
６      水平転送回路
７      水平走査回路
８      出力回路
９      読み出しデータ選択回路
１０      光学変換素子
１１      データ保持機構
１２      データ保持回路
１３      データ選択スイッチ
１４      水平短絡スイッチ
１５      列選択スイッチ
１６      水平共通信号線
１７＿ｏｄｄ、１７＿ｅｖｅｎ      ＡＮＤ回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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