(57)【要約】【課題】画素混合機能を実現し、しかも、混合すべき画素のグループの設計時の設定や変更を容易に行う。【解決手段】固体撮像素子の各画素２０は、フォトダイオード５１、フローティングディフュージョン５４、転送トランジスタ５５、画素アンプ５８、リセットトランジスタ５９及び選択トランジスタ６０を有する。固体撮像素子の有効画素領域の全領域の全ての画素２０に関して、垂直方向に互いに隣接する画素２０のフローティングディフュージョン５４同士が垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを介して電気的に接続される。全ての垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖをオフすることで、全画素２０からそれぞれの画素２０で生成された信号電荷を互いに混合することなく読み出すことができる。オン状態にする垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを選択することで、信号電荷を混合すべき画素２０を設定することができる。【選択図】図４
2009033316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部を有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、
少なくとも１つの画素の前記電荷電圧変換部と他の少なくとも１つの画素の前記電荷電圧変換部との間が、スイッチを介して電気的に接続されたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部を有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、
前記複数の画素が複数の画素ブロックに分けられ、
前記各画素ブロックに関して、当該画素ブロック内において列方向に互いに隣接する画素の前記電荷電圧変換部同士、及び／又は、当該画素ブロック内において行方向に互いに隣接する画素の前記電荷電圧変換部同士が、スイッチを介して電気的に接続され、
互いに異なる画素ブロックの画素の前記電荷電圧変換部同士は、スイッチを介して電気的に接続されることなく常時電気的に分離された、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部を有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、
前記複数の画素が配置された領域のうちの全領域又は一部の所定領域に配置された画素に関して、当該領域内において列方向に互いに隣接する画素の前記電荷電圧変換部同士、及び／又は、当該領域内において行方向に互いに隣接する画素の前記電荷電圧変換部同士が、スイッチを介して電気的に接続された、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
前記所定領域は、前記複数の画素が配置された領域のうちの周辺側領域を除いた中央側領域であることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項５】
指令に応じて、前記スイッチのオンオフ状態を設定する信号を前記スイッチに供給するスイッチ状態設定部を備えたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子と、
前記複数の画素のうちの２つ以上の画素でそれぞれ発生した電荷が混合されて当該混合された電荷に応じた信号が読み出されるように、前記固体撮像素子を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする電子カメラ。
【請求項７】
前記混合された電荷に応じた前記信号に基づいて、自動露光制御を行うことを特徴とする請求項６記載の電子カメラ。
【請求項８】
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子と、
ストロボの本発光前のプリ発光中に前記複数の画素のうちの２つ以上の画素でそれぞれ発生した電荷が混合されて当該混合された電荷に応じた信号が読み出されるように、前記固体撮像素子を制御する制御手段と、
を備え、
前記混合された電荷に応じた前記信号に基づいて、前記ストロボの本発光時の自動露光制御を行うことを特徴とする電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及びこれを用いた電子カメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラや電子スチルカメラなどの電子カメラでは、ＣＣＤ型固体撮像素子や増幅型固体撮像素子を有している。これらの固体撮像素子では、光電変換部を有する画素がマトリクス状に複数配置されており、各画素の光電変換部にて信号電荷を生成する。
【０００３】
増幅型固体撮像素子では、画素の光電変換部にて生成・蓄積された信号電荷を画素に設けられた増幅部に導き、増幅部で増幅した信号を画素から出力する。増幅型固体撮像素子は、一般的に、各画素は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換するフローティングディフュージョンなどの電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部を、有している。信号読み出し動作は、画素領域の周辺に配置された垂直走査回路や水平走査回路などの周辺回路により各画素が駆動されることによって行われる。
【０００４】
このような増幅型固体撮像素子を採用した電子カメラでは、自動露光（ＡＥ：Auto Exposure）が行われるようになってきている。自動露光技術には、昼間の様な明るい環境下において固体撮像素子の出力からシャッター時間と絞りを決定する場合と、夜間の様な暗い環境下においてストロボ本発光前にプリ発光を行い、その時の固体撮像素子の出力から本発光時の発光量、露出時間、シャッタースピードを決定する自動調光とがある。
【０００５】
下記特許文献１には、自動露光のための測光センサを固体撮像素子と別に設けることなく、固体撮像素子自体から、ストロボのプリ発光中に自動露光のための測光情報を得る点が開示されている。具体的には、特許文献１には、第１及び第２の撮像制御装置が開示されている。これらの第１及び第２の撮像制御装置はいずれも、被写体を照明する少なくとも１つのストロボと、２次元行列状に配置された複数の画素を有する固体撮像素子とを備える固体撮像装置内に実装され、前記ストロボと前記固体撮像素子の制御を行う撮像制御装置を前提としている。前記第１及び第２の撮像制御装置は、さらに、前記ストロボの制御を行うストロボ発光制御回路と、前記固体撮像素子の電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路とを備える。そして、前記ストロボ発光制御回路は、前記ストロボの本発光前にプリ発光を行うように前記ストロボを制御する。
【０００６】
そして、前記第１の撮像制御装置では、前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定個数の画素毎に混合して読み出すように前記固体撮像素子を制御する。この第１の撮像制御装置によれば、画素混合機能を用いることにより、ストロボ発光前のプリ発光時に正確な光量を検出することができる。
【０００７】
一方、前記第２の撮像制御装置では、前記センサー駆動回路は、前記ストロボのプリ発光中に前記複数の画素に蓄積された電荷を、所定行数毎に間引いて読み出すように前記固体撮像素子を制御する。前記第２の撮像制御装置によれば、ライン間引き機能を用いることにより、ストロボ発光前のプリ発光時に正確な光量を検出することができる。
【特許文献１】特開２００５−３４７９２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前記第２の撮像制御装置では、複数の画素に蓄積された電荷を所定行数毎に間引いて読み出すので、間引かれて読み出されない行の情報が全く失われてしまい、固体撮像素子の有効画素領域において不感帯が発生してしまう。これに対し、前記第１の撮像制御装置では、複数の画素に蓄積された電荷を所定個数の画素毎に混合して読み出すので、このような情報の欠落が回避されるため、好ましい。
【０００９】
しかしながら、前記特許文献１には、画素混合機能に関して、固体撮像素子電荷蓄積・電荷読み出しの制御を行うセンサー駆動回路が、複数の画素に蓄積された電荷を所定個数の画素毎に混合して読み出すように前記固体撮像素子を制御すると、単に記載されているのみであり、前記特許文献１には、固体撮像素子の具体的な構成やセンサー駆動回路の具体的な構成を全く開示しないとともにそれらを示唆する記載も一切ない。前記特許文献１の記載は、固体撮像素子の読み出し制御自体を通常読み出しと異なる方法で行うことで、前記画素混合機能を実現することを示唆しているに留まる。
【００１０】
そこで、通常の当業者であれば、前記特許文献１の前記記載から固体撮像素子の読み出し制御に着目し、固体撮像素子を駆動するセンサー駆動回路や固体撮像素子における周辺回路を工夫することで、信号読み出し制御方法を工夫して、前記画素混合機能を実現しようとする。
【００１１】
しかし、この場合には、混合すべき画素のグループの設計時の設定や変更が、困難になったり複雑になったりしてしまう。
【００１２】
なお、前記特許文献１は、画素混合機能をストロボのプリ発光に関する自動調光に用いる点のみを開示するが、画素混合機能は、他の用途にも用いることができる。
【００１３】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、画素混合機能を実現することができ、しかも、混合すべき画素のグループの設計時の設定や変更を容易に行うことができる固体撮像素子、及び、これを用いた電子カメラ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】
【００１４】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部を有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、少なくとも１つの画素の前記電荷電圧変換部と他の少なくとも１つの画素の前記電荷電圧変換部との間が、スイッチを介して電気的に接続されたものである。
【００１５】
本発明の第２の態様による固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部を有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、前記複数の画素が複数の画素ブロックに分けられ、前記各画素ブロックに関して、当該画素ブロック内において列方向に互いに隣接する画素の前記電荷電圧変換部同士、及び／又は、当該画素ブロック内において行方向に互いに隣接する画素の前記電荷電圧変換部同士が、スイッチを介して電気的に接続され、互いに異なる画素ブロックの画素の前記電荷電圧変換部同士は、スイッチを介して電気的に接続されることなく常時電気的に分離されたものである。
【００１６】
本発明の第３の態様による固体撮像素子は、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部、該電荷電圧変換部の電位に応じた信号を出力する増幅部、及び、前記光電変換部から前記電荷電圧変換部に電荷を転送する電荷転送部を有する画素を、複数備えた固体撮像素子であって、前記複数の画素が配置された領域のうちの全領域又は一部の所定領域に配置された画素に関して、当該領域内において列方向に互いに隣接する画素の前記電荷電圧変換部同士、及び／又は、当該領域内において行方向に互いに隣接する画素の前記電荷電圧変換部同士が、スイッチを介して電気的に接続されたものである。
【００１７】
本発明の第４の態様による固体撮像素子は、前記第３の態様において、前記所定領域は、前記複数の画素が配置された領域のうちの周辺側領域を除いた中央側領域であるものである。
【００１８】
本発明の第５の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、指令に応じて、前記スイッチのオンオフ状態を設定する信号を前記スイッチに供給するスイッチ状態設定部を備えたものである。
【００１９】
本発明の第６の態様による電子カメラは、前記第１乃至第５のいずれかの態様による固体撮像素子と、前記複数の画素のうちの２つ以上の画素でそれぞれ発生した電荷が混合されて当該混合された電荷に応じた信号が読み出されるように、前記固体撮像素子を制御する制御手段と、を備えたものである。
【００２０】
本発明の第７の態様による電子カメラは、前記第６の態様において、前記混合された電荷に応じた前記信号に基づいて、自動露光制御を行うものである。
【００２１】
本発明の第８の態様による電子カメラは、前記第１乃至第５の態様による固体撮像素子と、ストロボの本発光前のプリ発光中に前記複数の画素のうちの２つ以上の画素でそれぞれ発生した電荷が混合されて当該混合された電荷に応じた信号が読み出されるように、前記固体撮像素子を制御する制御手段と、を備え、前記混合された電荷に応じた前記信号に基づいて、前記ストロボの本発光時の自動露光制御を行うものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、画素混合機能を実現することができ、しかも、混合すべき画素のグループの設計時の設定や変更を容易に行うことができる固体撮像素子、及び、これを用いた電子カメラを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明による固体撮像素子及びこれを用いた電子カメラについて、図面を参照して説明する。
【００２４】
［第１の実施の形態］
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電子カメラ１を示す概略ブロック図である。電子カメラ１には、撮影レンズ２が装着される。この撮影レンズ２は、レンズ制御部２ａによってフォーカスや絞りが駆動される。この撮影レンズ２の像空間には、固体撮像素子３の撮像面が配置される。
【００２６】
固体撮像素子３は、撮像制御部４の指令によって駆動され、信号を出力する。固体撮像素子３から出力される信号は、画像用の信号、自動露光用の信号（測光信号）のいずれかである。いずれにおいても信号は、信号処理部５、及びＡ／Ｄ変換部６を介して処理された後、メモリ７に一旦蓄積される。メモリ７は、バス８に接続される。バス８には、レンズ制御部２ａ、撮像制御部４、マイクロプロセッサ９、焦点演算部１０、露光演算部１４、記録部１１、画像圧縮部１２、画像処理部１３、表示制御部１５、ストロボ発光制御部１７なども接続される。表示制御部１５は、モニタ画像等を液晶表示部（ＬＣＤ）１６に表示させる。ストロボ発光制御部１７は、内蔵又は外付けのストロボ１８の発光を制御する。上記マイクロプロセッサ９には、レリーズ釦などの操作部９ａが接続される。また、上記の記録部１１には記録媒体１１ａが着脱自在に装着される。本実施の形態では、固体撮像素子３とは別に焦点検出センサ（図示せず）が設けられているが、知られているように、固体撮像素子３を、焦点検出用信号も得られるように構成してもよい。この電子カメラ１の動作については、後に、図１０を参照して説明する。
【００２７】
図２は、図１中の固体撮像素子３の概略構成を示す回路図である。固体撮像素子３は、マトリクス状に配置された複数の画素２０と、画素２０から信号を出力するための周辺回路とを有している。図２において、横に４行縦に４列の１６個の画素２０のみを示しているが、画素数はこれに限られるものではない。これらの画素２０は、周辺回路の駆動信号に従って画像用の信号、自動露光用の信号のいずれかを出力する。また、すべての画素２０は、同時にフォトダイオード５１がリセットされて露光の時間とタイミングが同一にされることが可能となっている。
【００２８】
周辺回路は、垂直走査回路２１、水平走査回路２２、これらと接続されている駆動信号線２４，３２〜３５、画素からの信号を受け取る垂直信号線２５、垂直信号線２５と接続される定電流源２６及び相関二重サンプリング回路（ＣＤＳ）２７、相関二重サンプリング回路２７から出力される信号を受け取る水平信号線２８、出力アンプ２９等からなる。なお、図２においては、後述する垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖ及びその端部に対する配線の図示は省略している。
【００２９】
垂直走査回路２１及び水平走査回路２２は、電子カメラ１の撮像制御部４からの指令に基づいて駆動信号を出力する。本実施の形態では、垂直走査回路２１は、後述するスイッチ状態設定部２３としての機能も担うように構成されている。各画素２０は、垂直走査回路２１から出力される後述の駆動信号φＦＤＶ、φＲＳＴ、φＴＧ、φＳＥＬを駆動信号線３２〜３５から受け取って駆動され、画像用信号又は自動露光用信号を垂直信号線２５に出力する。なお、後の説明からわかるように、厳密に言えば、本実施の形態では、駆動信号φＦＤＶは、各画素２０に与えられるわけではなく、電気的には垂直方向の隣接画素２０間に位置する後述の垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖのゲートに与えられる。
【００３０】
画素２０から出力された信号は、相関二重サンプリング回路２７にて所定のノイズ除去が施される。そして、水平走査回路２２の駆動信号により水平信号線２８及び出力アンプ２９を介して外部に信号が出力される。
【００３１】
図３は、図１中の固体撮像素子３（特にその有効画素領域３１）を模式的に示す概略平面図である。本実施の形態では、図３に示すように、固体撮像素子３の有効画素領域３１は、水平方向（行方向）に並んだ複数の画素ブロック４０に分けられている。各画素ブロック４０は、図４及び図５に示すように、有効画素領域３１の垂直方向（列方向）の全体に渡って１列に並んだｎ個（画素行の数ｎと同じ）の画素２０からなる。
【００３２】
図４は、画素ブロック４０を示す回路図である。図４では、水平方向に隣接する２つの画素ブロック４０を示している。本実施の形態では、ダミーやオプチカルブラックなど画像のための光電変換を行わない画素を除き（即ち、有効画素領域３１において）、いずれの画素２０も同一の回路構成を有している。各画素２０は、図４に示すように、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に、入射光に応じた信号電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオード５１と、前記信号電荷を受け取って前記信号電荷を電圧に変換する電荷電圧変換部としてのフローティングディフュージョン（ＦＤ）５４と、フォトダイオード５１からＦＤ５４へ電荷を転送する転送トランジスタ５５と、ＦＤ５４の電位に応じた信号を出力する増幅部としての画素アンプ５８と、ＦＤ５４の電位をリセットするリセット部としてのリセットトランジスタ５９と、画素アンプ５８の信号を当該画素から出力する選択スイッチとしての選択トランジスタ６０とを有している。なお、図４において、Ｖｄｄは電源であり、３６は電源Ｖｄｄに接続するための電源配線である。
【００３３】
そして、本実施の形態では、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子とは異なり、図４に示すように、各画素ブロック４０に関して、当該画素ブロック４０内において垂直方向（列方向）に互いに隣接する画素２０のＦＤ５４同士がスイッチ（このスイッチを垂直方向ＦＤ連結スイッチと呼ぶ。）６１Ｖを介して電気的に接続されている。したがって、本実施の形態では、各画素ブロック４０における垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖの数は、ｎ−１個である。このように、各垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖは、電気的には、垂直方向に隣り合う画素２０間に位置することになる。しかし、本実施の形態では、ｍ行目（ｍは１からｎ−１までの整数）の画素２０のＦＤ５４とｍ＋１行目の画素２０のＦＤ５４との間に接続された垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖは、後述する図５に示すように構造上はｍ行目の画素２０内に配置されているので、説明の便宜上、ｍ行目の垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖと呼ぶ。このため、１行目からｎ−１行目までの垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖは存在するが、ｎ行目の垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖは存在しない。なお、例えば、ｍ行目の画素２０のＦＤ５４とｍ＋１行目の画素２０のＦＤ５４との間に接続された垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを、ｍ＋１行目の画素２０内に配置してもよいことは、言うまでもない。なお、互いに異なる画素ブロック４０の画素２０のＦＤ５４同士は、スイッチを介して電気的に接続されるようなことはなく、常時電気的に分離されている。
【００３４】
本実施の形態では、垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖ、及び、各画素２０のトランジスタ５５，５８〜６０は、全てｎＭＯＳトランジスタである。
【００３５】
各画素２０の転送トランジスタ５５のゲートは、画素行ごとに共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線３３を介して駆動信号φＴＧが供給される。各画素２０の選択トランジスタ６０のゲートは、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線３５を介して駆動信号φＳＥＬが供給される。各画素のリセットトランジスタ５９のゲートは、画素行毎に共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線３４を介して駆動信号φＲＳＴが供給される。
【００３６】
各垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖのゲートは、行ごとに共通に接続されて、垂直走査回路２１から駆動配線３２を介して駆動信号φＦＤＶが供給される。垂直走査回路２１における駆動信号φＦＤＶを供給する機能が、撮像制御部４からの指令に応答して、垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖのオンオフ状態を設定するスイッチ状態設定部２３を構成している。本実施の形態では、スイッチ状態設定部２３は、垂直走査回路２１に組み込まれているが、垂直走査回路２１とは別に設けてもよい。
【００３７】
なお、図４において、フォトダイオード５１の一方の端子及びＦＤ５４の一方の端子は、便宜的に接地として記載されている。しかし、本実施の形態では、実際は、後述する図６及び図７から理解されるとおりＰ型ウエル層８２の電位となる。
【００３８】
図５は、画素ブロック４０を模式的に示す概略平面図である。図５では、図４と同様に、水平方向に隣接する２つの画素ブロック４０を示している。図６は、図５中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。図７は、図５中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。実際には、フォトダイオード５１の上部にはカラーフィルタやマイクロレンズが配置されるが、ここでは省略する。なお、固体撮像素子３は白黒用の撮像素子として構成してもよく、その場合にはカラーフィルタは設けられない。
【００３９】
本実施の形態では、Ｎ型シリコン基板８１上にＰ型ウエル８２を設け、Ｐ型ウエル８２中にフォトダイオード５１などの画素部における各素子を配置させている。各画素２０は、ＬＯＣＯＳによる厚いシリコン酸化膜８６等によって分離されている。
【００４０】
図５において、符号７１，７２，７８，７９，８０，８３は、前述した各トランジスタの一部となっているＮ型不純物拡散領域である。符号７３，７４，７５，７６，８４は、ポリシリコンによる各トランジスタのゲート電極である。なお、符号７８は、電源電圧Ｖｄｄが印加される電源拡散部である。ＦＤ５４は、拡散領域７１，７２で構成されている。また、ゲート電極７３，７４，７６，８４は、駆動用配線３３，３４，３５，３２とそれぞれ接続されており、垂直走査回路２１から出力される駆動信号φＴＧ，φＲＳＴ，φＳＥＬ，φＦＤＶがそれぞれ印加される。
【００４１】
フォトダイオード５１は、Ｎ型の電荷蓄積層７０を有している。電荷蓄積層７０の表面側にＰ型の空乏化防止層（図示せず）を形成して、フォトダイオード５１を埋め込み型フォトダイオードとして構成してもよい。フォトダイオード５１は、入射光の光量（被写体光）に応じて信号電荷を生成し、生じた電荷を電荷蓄積層７０に蓄積する。フォトダイオード５１の電荷蓄積層７０に蓄積された電荷は、転送トランジスタ５５がオン状態とされることによってＦＤ５４（拡散領域７１，７２）に転送される。
【００４２】
転送トランジスタ５５は、フォトダイオード５１の電荷蓄積層７０をソース、ＦＤ５４の一方の拡散領域７１をドレインとしたＭＯＳトランジスタである。転送トランジスタ５５は、そのゲート７３（以下、転送ゲートと称す）に印加される駆動信号φＴＧにより駆動される。
【００４３】
ＦＤ５４は、転送ゲート７３と隣接配置される拡散領域７１と、拡散領域７１とは分離部によって隔てられた拡散領域７２とを有し、それらは配線７７によって電気的に接続されている。また、ＦＤ５４は、配線７７によって画素アンプ５８のゲート７５と電気的に接続されている。
【００４４】
画素アンプ５８は、電源拡散部７８をドレイン、拡散領域７９をソースとするＭＯＳトランジスタである。上記のように、画素アンプ５８のゲート電極７５は、拡散領域７１，７２からなるＦＤ５４（転送トランジスタ５５のドレイン）に接続されている。そして、画素アンプ５８は、そのゲート電極７５の電圧に応じた電気信号を出力する。したがって、画素アンプ５８は、フォトダイオード５１で生成・蓄積された電荷の量に応じた電気信号（画素信号）を出力する。
【００４５】
選択トランジスタ６０は、拡散領域７９をソース、拡散領域８０をドレインとするＭＯＳトランジスタである。選択トランジスタ６０は、オン状態にされることで、画素アンプ５８の出力を垂直信号線２５に出力する。すなわち、画素アンプ５８と選択トランジスタ６０によって、ソースフォロワによる読み出しが可能となっている。
【００４６】
リセットトランジスタ５９は、電源拡散部７８をドレイン、ＦＤ５４の一方の拡散領域７２をソースとするＭＯＳトランジスタである。リセットトランジスタ５９は、オン状態にされることで、ＦＤ５４（拡散領域７１，７２）に蓄積されている電荷をリセットする。
【００４７】
垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖは、ＦＤ５４の一方の拡散領域７１をドレイン、拡散領域８３をソースとするＭＯＳトランジスタである。垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖは、１行目からｎ−１行目までの画素２０に設けられ、ｎ行目の画素２０には設けられていない。各垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖのソース（拡散領域８３）は、配線７７によって、当該垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖが配置されている画素２０に対する次の行の画素２０のＦＤ５４に電気的に接続されている。
【００４８】
垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖは、オン状態にされることで、当該垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖが設けられている画素２０のＦＤ５４とその次の行の画素２０のＦＤ５４との間を、電気的に接続する。その結果、垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１ＶがオンしてＦＤ５４同士が接続された複数の画素２０に関して、当該複数の画素２０のＦＤ５４内の信号電荷が互いに混合されて平均化されることになる。信号電荷を混合しようとする画素２０の範囲（領域）は、垂直走査回路２１からの駆動信号φＦＤＶによって、オン状態にする垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを適宜選択することで、自在に設定することができる。
【００４９】
なお、ｎ行目の画素２０も構造上他の行の画素２０と同一にするべく、電気的には無効なダミーとして、ｎ行目の画素２０にもゲート電極８４及び拡散領域８３を形成しておいてもよい。
【００５０】
一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様に全画素２０からそれぞれの画素２０で生成された信号電荷を互いに混合することなく読み出す非混合・全画素読み出しモードでは、各画素２０のフォトダイオード５１から転送トランジスタ５５によりＦＤ５４に転送されて来た信号電荷は、当該信号電荷の読み出しが完了するまで垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖがオフに維持されることで、他の画素２０の信号電荷と混合されることはない。
【００５１】
一方、所望の範囲（領域）内の画素２０で生成された信号電荷を互いに混合して間引き走査により読み出す混合・間引き走査読み出しモードでは、各画素２０のフォトダイオード５１から転送トランジスタ５５によりＦＤ５４に転送されて来た信号電荷は、少なくとも当該信号電荷の読み出し前に当該所望の範囲に応じた垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖがオンにされることで、当該範囲内の複数の画素２０のＦＤ５４が共通に接続されて、当該範囲内の複数の画素２０のＦＤ５４内の信号電荷が互いに混合されて平均化される。この混合・間引き走査読み出しモードでは、このような画素混合の後に、信号電荷の読み出しが間引き走査により行われる。
【００５２】
図８は、図１中の固体撮像素子３の非混合・全画素読み出しモード時の動作の一例を示すタイミングチャートである。この例は、ローリングシャッタの場合の例を示している。
【００５３】
本実施の形態では、非混合・全画素読み出しモード時には、各画素行が順次選択され、各画素行について順次同じ動作が行われていく。図８は、１行目の画素２０が選択され、引き続いて２行目の画素２０が選択された場合の動作を示している。本例では、非混合・全画素読み出しモードでは、常に、全行のφＦＤＶがローにされて全行の垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖ１がオフにされた状態で、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像素子と同様の動作を行う。
【００５４】
まず、１行目のφＲＳＴ１がハイとなっている間にφＴＧ１がハイ、ローとされることによりＦＤ５４がリセットされて基準レベルとなる。所定時間経過後にφＳＥＬ１がハイとされて、１行目の選択トランジスタ６０がオンとされる。φＳＥＬ１のハイの開始時点から一定時間だけφＲＳＴ１がハイにされてＦＤ５４のレベルが基準レベルにリセットされ、その後φＲＳＴ１がローにされる。次いで、ＦＤ５４の基準レベルに応じたレベル（ダークレベル）が、画素アンプ５８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７に蓄積される。
【００５５】
次いで、φＴＧ１が再度ハイ、ローとされる。これにより、フォトダイオード５１に蓄積されていた電荷がＦＤ５４に転送される。その後、基準レベルとこの電荷による信号の重畳された信号に応じたレベルの信号が、画素アンプ５８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７に蓄積される。そして、ＣＤＳ回路２７によって、ここで蓄積された信号と先のダークレベルとの差分を取ることで得た撮像用信号が出力される。そして、順次各列の撮像用信号が水平信号線に出力される。
【００５６】
その後、次の行が選択されて同様に撮像用信号が出力されていく。このようにして、すべての画素行からの信号が読み出されると、非混合・全画素読み出しモードを終了する。
【００５７】
図９は、図１中の固体撮像素子３の混合・間引き走査読み出しモード時の動作の一例を示すタイミングチャートである。この例は、全画素同時に露光する場合の例を示している。
【００５８】
本実施の形態では、混合・間引き走査読み出しモード時には、全画素２０同時に所定の露光期間だけ露光されて各画素２０のフォトダイオード５１に電荷が蓄積された後、所望の複数の行の画素２０の信号電荷が各列ごとに混合され、それによる信号が例えばＡＥ用の信号（測光信号）として間引き走査により読み出される。図９に示す例は、全行が４行であるものとし、２行目及び３行目の画素２０の信号電荷を各列ごとに混合し、それによる信号をＡＥ用信号等として２行目から読み出す一方、１行目及び４行目の画素２０の信号については読み出しを行わない例である。なお、前述したように、ｎ行目（本例ではｎ＝４）の垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖ（したがって、φＦＤＶ４）は存在しない。
【００５９】
時点ｔ１以前は、全行のφＳＥＬ１〜φＳＥＬ４はロー、全行のφＲＳＴ１〜φＲＳＴ４はハイ、全行のφＴＧ１〜φＴＧ４はロー、全てのφＦＤＶ１〜φＦＤＶ３はローにされている。
【００６０】
期間ｔ１−ｔ２において、全行のφＲＳＴ１〜φＲＳＴ４がハイにされている状態で全行のφＴＧ１〜φＴＧ４がハイにされる。これにより、全画素２０のフォトダイオード５１に蓄積されていた電荷が同時にリセットされる。なお、φＴＧ１〜φＴＧ４がローにされた時点ｔ２からφＴＧ１〜φＴＧ４が再度ハイとされる時点ｔ４までの時間が、露光時間となる。また、期間ｔ１−ｔ８において、φＦＤＶ２をハイにして２行目の垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖをオンにすることで、２行目の画素２０のＦＤ５４と３行目の画素２０のＦＤ５４とを電気的に接続して連結しておく。
【００６１】
時点ｔ２で全行のφＴＧ１〜φＴＧ４をローにした後に、時点ｔ３で、２行目及び３行目のφＲＳＴ２，φＲＳＴ３をローにして、２行目及び３行目のリセットトランジスタ５９をオフにする。その後、全行のφＴＧ１〜φＴＧ４を、期間ｔ４−ｔ５において再びハイにした後に時点ｔ５でローに戻す。これにより、期間ｔ４−ｔ５において、全行の画素２０のフォトダイオード５１に蓄積されていた信号電荷が当該画素２０のＦＤ５４にそれぞれ転送される。このとき、２行目の垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖがオンされていて２行目の画素２０のＦＤ５４と３行目の画素２０のＦＤ５４とが列ごとに電気的に接続されているので、２行目の画素２０のフォトダイオード５１から転送されて来た信号電荷と３行目の画素２０のフォトダイオード５１から転送されて来た信号電荷とが、２行目及び３行目の画素２０のＦＤ５４上で、列ごとに混合されて平均化される。
【００６２】
その後、期間ｔ６−ｔ７において、２行目のφＳＥＬ２がハイとされ、２行目及び３行目の画素２０の信号電荷が混合されて平均化された電荷による信号（２，３行目混合信号）が、画素アンプ５８から垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７に蓄積される。期間ｔ６−ｔ７において、２行目のφＳＥＬ２をハイにする代わりにあるいはそれと共に、３行目のφＳＥＬ３をハイにしてもよい。ここでは、ＣＤＳ回路２７は、ダークレベルを利用した相関二重サンプリング処理（ＣＤＳ処理）は行わず、単に、前記電荷による信号に応じたレベルの信号を一時的に蓄積する回路として用いられる。その後、時点ｔ７で２行目のφＳＥＬ２がローに戻された後に、時点ｔ８で２行目のφＦＤＶがローにされ、更に時点ｔ９で２行目及び３行目のφＲＳＴ２，φＲＳＴ３がハイに戻される。そして、期間ｔ６−ｔ７においてＣＤＳ回路２７に蓄積された各列の信号が順次ＡＥ用信号等として水平信号線に出力される。これにより、所期の混合・間引き走査読み出しモードが終了する。なお、水平方向について、所望の列のみを選択して読み出すようにしてもよい。
【００６３】
なお、ここでは、前述したように、ダークレベルを利用したＣＤＳ処理は行わないが、得られた信号はＡＥ用信号等として使用するには十分な精度の信号となる。もっとも、ダークレベルを利用したＣＤＳ処理を行ってもよい。この場合には、時点ｔ３よりも前の時点から時点ｔ７までの期間において２行目のφＳＥＬ２をハイにし、期間ｔ３−ｔ４において２，３行目のダークレベルをＣＤＳ回路２７に読み出し、ＣＤＳ回路２７によって、このダークレベルと期間ｔ６−ｔ７で得た２，３行目混合信号との差分を取ればよい。
【００６４】
このように、混合・間引き走査読み出しモードでは、単純に間引き走査のみが行われるのではなく、所望の画素混合が行われた後に間引き走査が行われる。したがって、固体撮像素子３の有効画素領域３１において不感帯を発生させることなく（すなわち、情報を欠落させることなく）、垂直方向の走査時間を短縮することが可能となる。
【００６５】
ここで、本実施の形態による電子カメラ１の動作の一例について、図１０及び図１を参照して説明する。図１０は、本実施の形態による電子カメラ１の動作の一例を示す概略フローチャートである。
【００６６】
操作部９ａのレリーズ釦の半押し操作が行われる（ステップＳ１）と、電子カメラ１内のマイクロプロセッサ９は、その半押し操作に同期して撮像制御部４を駆動する。撮像制御部４は、被写体の確認を行うために予め定めた公知の手法により、画素２０のうちの全画素又は所定画素から被写体確認用の撮像信号を読み出し、メモリ７に蓄積する。このとき、全画素を読み出す場合は、例えば、前記図８に示す動作と同様の非混合・全画素読み出しモードを行う。そして、画像処理部１３は、その信号から、画像認識技術を利用して被写体を認識する（ステップＳ２）。例えば、顔認識モードの場合、被写体として顔を認識する。その後、画像処理部１３は、ステップＳ３で認識された被写体の位置及び形状を得る（ステップＳ３）。
【００６７】
その後、マイクロプロセッサ９は、ステップ３で得られた被写体の位置及び形状に従って、被写体に対する露光状態を精度良く検出するのに最適な測光領域（すなわち、ＡＥ用信号を取得する画素）を設定する（ステップＳ４）。
【００６８】
次に、例えば夜間の様な暗い環境下においてストロボ発光により撮影する場合には、ストロボ１８の本発光前に、ストロボ発光制御部１７はストロボ１８をプリ発光させる（ステップＳ５）。そして、撮像制御部４は、そのプリ発光時に、ステップＳ４で設定した測光領域に関して混合・間引き走査が行われるように、図９に示す動作と同様の混合・間引き走査読み出しモードを固体撮像素子３に行わせ、設定された測光領域の画素２０の平均化された信号を、固体撮像素子３からＡＥ用信号として取得してメモリ７に蓄積する（ステップＳ６）。
【００６９】
次いで、露光演算部１４はステップＳ５で得たＡＥ用信号に基づいて、本撮影時に最適な露光量を演算する（ステップＳ７）。マイクロプロセッサ９は、ステップＳ９で得られた露光量に基づいて、各部に本撮影のための撮影条件を設定させる（ステップＳ８）。すなわち、レンズ制御部２ａが露光演算部１４で得られた露光量に応じた絞りとなるように撮影レンズ２の絞りを調整するとともに、撮像制御部４はこの露光量に応じたシャッタ時間を設定し、露光演算部１４はこの露光量に応じたストロボ１８の調光情報をストロボ発光制御部１７に供給する。
【００７０】
そして、ストロボ１８の準備ができると（ステップＳ９）、レリーズ釦の全押し操作に同期して、ストロボ発光制御部１７は、その調光情報に応じた調光状態となるようにストロボ１８を本発光させ、その本発光時に、撮像制御部４の制御下で非混合・全画素読み出しモードが実現され、固体撮像素子３からそのモードにより読み出された画像信号が出力され、その信号は信号処理部５及びＡ／Ｄ変換器６を経て画像データとしてメモリ７に格納される（ステップＳ１０）。
【００７１】
その後、マイクロプロセッサ９は、操作部９ａの指令に基づき、必要に応じて画像処理部１３や画像圧縮部１２にて所望の処理を行い、記録部１１に処理後の信号を出力させ記録媒体１１ａに記録する（ステップＳ１１）。これにより、一連の動作を終了する。
【００７２】
以上の動作例の説明では、撮影条件として露光に着目し、焦点調節に関する動作については省略して説明した。例えば、焦点演算部１０は、所定のタイミングで、固体撮像素子３とは別に設けられた焦点検出センサ（図示せず）からの信号に基づいて、デフォーカス量を演算し、レンズ制御部２ａは、このデフォーカス量に応じて撮影レンズ２の焦点駆動を行い、撮影レンズ２を被写体に合焦させる。これらにより、自動焦点制御（ＡＦ）を実現する。この自動焦点制御が行われた後に、ステップＳ１０の本撮影が行われる。
【００７３】
以上説明したように、本実施の形態では、混合・間引き走査読み出しモードによる固体撮像素子３からの信号がＡＥ用信号として用いられ、固体撮像素子３がＡＥセンサの機能を果たすので、個別のＡＥセンサや、これらセンサの為の光学部品を取り付ける必要がないため、電子カメラ１を小型化することができる。
【００７４】
なお、先の動作例の説明では、夜間の様な暗い環境下においてストロボ発光により撮影する場合について説明した。昼間のような明るい環境下においてストロボ発光を行わないで撮影する場合には、ステップＳ５のプリ発光を行わない状態でステップＳ６のＡＥ用信号の取得を行い、ステップＳ８でストロボ発光を行わない場合の露光条件を算出し、ステップＳ９を経ることなく、ステップＳ１０でストロボ発光を行わずに本撮影を行えばよい。
【００７５】
また、先の動作例では、ステップＳ４で被写体に応じて測光領域を設定するようにし、被写体を追尾した測光領域の設定を実現しているが、ＡＥ用信号を得る測光領域を被写体に拘わらずに予め設定しておくようにしてもよい。
【００７６】
以上説明したように、本実施の形態で用いられている固体撮像素子３によれば、画素混合機能を実現して、固体撮像素子３の有効画素領域３１において不感帯を発生させることなく（すなわち、情報を欠落させることなく）、走査時間を短縮して高速な読み出しが可能となる。そして、この固体撮像素子３では、画素混合を行う可能性がある画素２０のＦＤ５４間に垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを接続し、それらの垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖのオンオフを適宜設定するだけで、混合すべき画素２０のグループを設定することができる。したがって、混合すべき画素のグループの設計時の設定や変更を極めて容易に行うことができる。しかも、本実施の形態では、有効画素領域３１の全領域の全ての画素２０に関して、垂直方向（列方向）に互いに隣接する画素２０のＦＤ５４同士が垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを介して接続されているので、使用時においても、混合すべき画素のグループの設定や変更を極めて容易に行うことができる。
【００７７】
なお、図１４に示すように、有効画素領域３１の中心側の領域３１ａの信号のみをＡＥ用信号として用い、有効画素領域３１の周辺側の領域３１ｂのデータをＡＥ用信号として用いないような場合には、当該周辺側の領域３１ｂの画素２０に対しては、他の画素のＦＤ５４と接続するための垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを設けておく必要がない。図１４は、有効画素領域３１の中心側の領域３１ａ及び周辺側の領域３１ｂを模式的に示す図である。
【００７８】
［第２の実施の形態］
【００７９】
図１１は、本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子１０３を示す回路図であり、図４に対応している。図１１では、ｍ行目又はｍ＋１行目でかつｍ−１列目でかつｍ列目の２×２個の画素を示している。図１１において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、基本的に、以下に説明する点のみである。
【００８０】
本実施の形態に係る固体撮像素子１０３では、前記第１の実施の形態に係る固体撮像素子３と同じく、有効画素領域３１の全領域の全ての画素２０に関して垂直方向（列方向）に互いに隣接する画素２０のＦＤ５４同士が垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを介して電気的に接続されているだけでなく、前記第１の実施の形態に係る固体撮像素子３と異なり、有効画素領域３１の全領域の全ての画素２０に関して水平方向（行方向）に互いに隣接する画素２０のＦＤ５４同士がスイッチ（このスイッチを水平方向ＦＤ連結スイッチと呼ぶ。）６１Ｈを介して電気的に接続されており、これらの水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈが追加されている。なお、垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖの場合と同様に、説明の便宜上、水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈに関して、例えば、１列目の画素２０のＦＤ５４と２列目の画素２０との間に電気的に接続された水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈを、１列目の水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈと呼ぶ。水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈも、例えばｎＭＯＳトランジスタで構成される。
【００８１】
各水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈのゲートは、列ごとに共通に接続されて、水平走査回路２２から駆動配線１３２を介して駆動信号φＦＤＨが供給される。本実施の形態では、水平走査回路２２には、駆動信号φＦＤＨを供給する機能が付加されている。この機能は、撮像制御部４からの指令に応答して、水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈのオンオフ状態を設定するスイッチ状態設定部（図示せず）を構成している。本実施の形態では、このスイッチ状態設定部は、水平走査回路２２に組み込まれているが、水平走査回路２２とは別に設けてもよい。
【００８２】
水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈは、オン状態にされることで、当該水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈが設けられている画素２０のＦＤ５４とその次の列の画素２０のＦＤ５４との間を、電気的に接続する。したがって、オン状態にする水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈ及び垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを適宜選択することで、信号電荷を混合しようとする画素２０の範囲（領域）を自在に設定することができる。
【００８３】
本実施の形態では、垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖのゲートが行毎に共通して接続される一方、水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈのゲートが列毎に共通して接続されているので、信号電荷をしようとする画素２０の領域として任意の矩形領域を設定することができる。当該矩形領域の境界線のうちの左右両側の２本の垂直線に相当する２列のφＦＤＨをローにするとともに当該矩形領域の境界線のうちの上下両側の境界線に相当する２行のφＦＤＶをローにする一方、当該矩形領域内の列のφＦＤＨ及び当該矩形領域内の行のφＦＤＶをハイにすればよい。
【００８４】
本実施の形態に係る固体撮像素子１０３において、非混合・全画素読み出しモードを行う場合には、常に、全行のφＦＤＶ及び全列のφＦＤＨがローにされて全ての垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖ１及び水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈがオフにされた状態で、前記第１の実施の形態において図８を参照して説明したのと同様の動作を行えばよい。
【００８５】
本実施の形態では、混合・間引き走査読み出しモード時には、全画素２０同時に所定の露光期間だけ露光されて各画素２０のフォトダイオード５１に電荷が蓄積された後、所望の矩形領域内の画素２０の信号電荷が混合され、それによる信号が例えばＡＥ用の信号（測光信号）として間引き走査により読み出される。
【００８６】
図１２は、固体撮像素子１０３の混合・間引き走査読み出しモード時の動作の一例を示すタイミングチャートである。この例は、全画素同時に露光する場合の例を示している。図１２に示す例は、全行が４行でかつ全列が４列であるものとし、１行目における１列目と２列目の２つの画素２０と２行目における１列目と２列目の２つの画素２０である、２×２個の画素の信号電荷を混合し、それによる信号をＡＥ用信号等として１行目から読み出す一方、３行目及び４行目の画素２０の信号については読み出しを行わない例である。なお、先の説明からわかるように、４行目の垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖ（したがって、φＦＤＶ４）及び４列目の水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈ（したがって、φＦＤＨ４）は存在しない。なお、図１２では、図面表記の便宜上、φＦＤＨ１〜φＦＤＨ３をそれぞれ１行目〜３行目として記載しているが、φＦＤＨ１〜φＦＤＨ３についてはそれぞれ１列目〜３列目として読み替えられたい。この点は、後述する図１３についても同様である。
【００８７】
時点ｔ１１以前は、全行のφＳＥＬ１〜φＳＥＬ４はロー、全行のφＲＳＴ１〜φＲＳＴ４はハイ、全行のφＴＧ１〜φＴＧ４はロー、全てのφＦＤＶ１〜φＦＤＶ３、全てのφＦＤＨ１〜φＦＤＨ３はローにされている。
【００８８】
時点ｔ１１で、１行目のφＦＤＶ１及び１列目のφＦＤＨ１がハイにされ、１行目における１列目と２列目の２つの画素２０と２行目における１列目と２列目の２つの画素２０の、ＦＤ５４同士が電気的に接続されて連結される。この状態は時点ｔ２０まで継続され、時点ｔ２０で１行目のφＦＤＶ１及び１列目のＦＤＨ１がローに戻される。
【００８９】
その後、期間ｔ１２−ｔ１３において、全行のφＲＳＴ１〜φＲＳＴ４がハイにされている状態で全行のφＴＧ１〜φＴＧ４がハイにされる。これにより、全画素２０のフォトダイオード５１に蓄積されていた電荷が同時にリセットされる。なお、φＴＧ１〜φＴＧ４がローにされた時点ｔ１３からφＴＧ１〜φＴＧ４が再度ハイとされる時点ｔ１６までの時間が、露光時間となる。
【００９０】
時点ｔ１３で全行のφＴＧ１〜φＴＧ４をローにした後に、時点ｔ１４で、１行目のφＳＥＬ１をハイにして、１行目の選択トランジスタ６０をオンにする。次に、時点ｔ１５で、全行のφＲＳＴ１〜φＲＳＴ４をローにして、全行のリセットトランジスタ５９をオフにする。そして、１行目の画素２０からのダークレベル（ＦＤ５４のリセット状態に対応して画素アンプ５８から出力される信号）が、垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７に蓄積される。このとき、１行目のφＦＤＶ１及び１列目のＦＤＨ１がハイにされていて、１行目における１列目と２列目の２つの画素２０と２行目における１列目と２列目の２つの画素２０の、ＦＤ５４同士が連結されているので、それら４つの画素２０の画素アンプ５８のゲート電位は同電位となっており、その電位に応じた信号がダークレベルとしてＣＤＳ回路２７に蓄積される。
【００９１】
その後、全行のφＴＧ１〜φＴＧ４を、期間ｔ１６−ｔ１７において再びハイにした後に時点ｔ１７でローに戻す。これにより、期間ｔ１６−ｔ１７において、全行の画素２０のフォトダイオード５１に蓄積されていた信号電荷が当該画素２０のＦＤ５４にそれぞれ転送される。このとき、１行目のφＦＤＶ１及び１列目のＦＤＨ１がハイにされていて、１行目における１列目と２列目の２つの画素２０と２行目における１列目と２列目の２つの画素２０の、ＦＤ５４同士が連結されているので、それら４つの画素２０のフォトダイオード５１から転送されて来た信号電荷は混合されて平均化される。そして、ＣＤＳ回路２７によって、ここで蓄積された信号と先のダークレベルとの差分を取ることで得た信号が出力される。そして、各列のこの信号がＡＥ用信号等として順次水平信号線に出力される。その後、時点ｔ２０で１行目のφＦＤＶ１及び１列目のＦＤＨ１がローに戻される。これにより、所期の混合・間引き走査読み出しモードが終了する。なお、水平方向について、１列目又は２列目のみを選択して読み出すようにしてもよい。
【００９２】
なお、ここでは、前述したようにダークレベルを利用したＣＤＳ処理が行われているが、前述した第１の実施の形態の場合と同様にＣＤＳ処理を行わなくてもよい。
【００９３】
図１３は、固体撮像素子１０３の混合・間引き走査読み出しモード時の動作の他の例を示すタイミングチャートである。この例は、全画素同時に露光する場合の例を示している。図１３に示す例は、全行が４行でかつ全列が４列であるものとし、２行目から４行目までの行における２列目から４列目までの３×３個の画素２０の信号電荷を混合し、それによる信号をＡＥ用信号等として２行目から読み出す一方、１行目の画素２０の信号については読み出しを行わない例である。
【００９４】
時点ｔ２１以前は、全行のφＳＥＬ１〜φＳＥＬ４はロー、全行のφＲＳＴ１〜φＲＳＴ４はハイ、全行のφＴＧ１〜φＴＧ４はロー、全てのφＦＤＶ１〜φＦＤＶ３、全てのφＦＤＨ１〜φＦＤＨ３はローにされている。
【００９５】
時点ｔ２１で、２行目及び３行目のφＦＤＶ２，φＦＤＶ３並びに２列目及び３列目のφＦＤＨ２，φＦＤＨ３がハイにされ、２行目から４行目までの行における２列目から４列目までの３×３個の画素２０の、ＦＤ５４同士が電気的に接続されて連結される。この状態は時点ｔ３０まで継続され、時点ｔ３０で２行目及び３行目のφＦＤＶ２，φＦＤＶ３並びに２列目及び３列目のφＦＤＨ２，φＦＤＨ３がローに戻される。
【００９６】
その後、期間ｔ２２−ｔ２３において、全行のφＲＳＴ１〜φＲＳＴ４がハイにされている状態で全行のφＴＧ１〜φＴＧ４がハイにされる。これにより、全画素２０のフォトダイオード５１に蓄積されていた電荷が同時にリセットされる。なお、φＴＧ１〜φＴＧ４がローにされた時点ｔ２３からφＴＧ１〜φＴＧ４が再度ハイとされる時点ｔ２６までの時間が、露光時間となる。
【００９７】
時点ｔ２３で全行のφＴＧ１〜φＴＧ４をローにした後に、時点ｔ２４で、２行目のφＳＥＬ２をハイにして、２行目の選択トランジスタ６０をオンにする。
【００９８】
次に、時点ｔ２５で、全行のφＲＳＴ１〜φＲＳＴ４をローにして、全行のリセットトランジスタ５９をオフにする。そして、２行目の画素２０からのダークレベル（ＦＤ５４のリセット状態に対応して画素アンプ５８から出力される信号）が、垂直信号線２５を介してＣＤＳ回路２７に蓄積される。このとき、２行目及び３行目のφＦＤＶ２，φＦＤＶ３並びに２列目及び３列目のφＦＤＨ２，φＦＤＨ３がハイにされていて、２行目から４行目までの行における２列目から４列目までの３×３個の画素２０の、ＦＤ５４同士が連結されているので、それら３×３個の画素２０の画素アンプ５８のゲート電位は同電位となっており、その電位に応じた信号がダークレベルとしてＣＤＳ回路２７に蓄積される。
【００９９】
その後、全行のφＴＧ１〜φＴＧ４を、期間ｔ２６−ｔ２７において再びハイにした後に時点ｔ２７でローに戻す。これにより、期間ｔ２６−ｔ２７において、全行の画素２０のフォトダイオード５１に蓄積されていた信号電荷が当該画素２０のＦＤ５４にそれぞれ転送される。このとき、２行目及び３行目のφＦＤＶ２，φＦＤＶ３並びに２列目及び３列目のφＦＤＨ２，φＦＤＨ３がハイにされていて、２行目から４行目までの行における２列目から４列目までの３×３個の画素２０の、ＦＤ５４同士が連結されているので、それら３×３個の画素２０のフォトダイオード５１から転送されて来た信号電荷は混合されて平均化される。そして、ＣＤＳ回路２７によって、ここで蓄積された信号と先のダークレベルとの差分を取ることで得た信号が出力される。そして、各列のこの信号がＡＥ用信号等として順次水平信号線に出力される。その後、時点ｔ３０で２行目及び３行目のφＦＤＶ２，φＦＤＶ３並びに２列目及び３列目のφＦＤＨ２，φＦＤＨ３がローに戻される。これにより、所期の混合・間引き走査読み出しモードが終了する。なお、水平方向について、２列目、３列目及び４列目のうちのいずれかのみを選択して読み出すようにしてもよい。
【０１００】
本実施の形態によれば、前述した第１の実施の形態と同様の利点が得られる。また、本実施の形態によれば、垂直方向の画素２０のみならず水平方向の画素２０についても信号電荷が混合されて平均化されるので、水平方向に関する画素の信号の平均化処理を画素外において行わずにすむという利点も得られる。
【０１０１】
本実施の形態では、前述したように、有効画素領域３１の全領域の全ての画素２０に関して、垂直方向（列方向）に互いに隣接する画素２０のＦＤ５４同士が垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖを介して電気的に接続されるとともに、水平方向（行方向）に互いに隣接する画素２０のＦＤ５４同士が水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈを介して電気的に接続されている。これに対し、図１４に示すように、有効画素領域３１の中心側の領域３１ａの信号のみをＡＥ用信号として用い、有効画素領域３１の周辺側の領域３１ｂのデータをＡＥ用信号として用いないような場合には、周辺側の領域３１ｂの画素２０に対しては、他の画素のＦＤ５４と接続するための垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖ及び水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈを設けておく必要がない。
【０１０２】
また、図１５に示すように、有効画素領域３１を２次元状に配置した複数の画素ブロック４１に分けたとき、各画素ブロック４１において行方向及び列方向にそれぞれ２つ以上の画素が並んでおり、各画素ブロック４１のいずれかのみしかＡＥ用信号として用いない場合は、本実施の形態に係る固体撮像素子１０３において、図１５中の各ブロックの境界線に相当する箇所の垂直方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｖ及び水平方向ＦＤ連結スイッチ６１Ｈは、設けておく必要がない。図１５は、本実施の形態を変形した変形例を模式的に示す概略平面図である。
【０１０３】
以上、本発明の各実施の形態及びそれらの変形例について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【０１０４】
例えば、前記各実施の形態は、各画素２０がそれぞれ画素アンプ５８、ＦＤ５４、選択トランジスタ６０及びリセットトランジスタ５９を１組ずつ有する固体撮像素子に、本発明を適用した例であった。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、複数の画素が１組の画素アンプ５８、ＦＤ５４、選択トランジスタ６０及びリセットトランジスタ５９を共有する固体撮像素子にも、適用することができる。
【０１０５】
さらに、前記各実施の形態は、混合した信号をＡＥ用信号として用いる例であったが、本発明では、混合した信号を画像表示や動画記録等に用いてもよい。例えば、前述した実施の形態において、固体撮像素子３を白黒用として構成すれば、異なる色の信号電荷の混合に起因する混色という問題は生じないので、混合した信号を画像表示や動画記録等に用いることもできる。なお、自動露光用データとしては異なる色の信号電荷を混合したものであっても支障がない。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る電子カメラを示す概略ブロック図である。
【図２】図１中の固体撮像素子の概略構成を示す回路図である。
【図３】図１中の固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。
【図４】図１中の固体撮像素子の画素ブロックを示す回路図である。
【図５】図１中の固体撮像素子の画素ブロックを示す概略平面図である。
【図６】図５中のＡ−Ａ’線に沿った概略断面図である。
【図７】図５中のＢ−Ｂ’線に沿った概略断面図である。
【図８】図１中の固体撮像素子の非混合・全画素読み出しモード時の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図９】図１中の固体撮像素子の混合・間引き走査読み出しモード時の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１０】図１に示す電子カメラの動作の一例を示す概略フローチャートである。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による電子カメラで用いられている固体撮像素子を示す回路図である。
【図１２】図１１に示す固体撮像素子の混合・間引き走査読み出しモード時の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図１３】図１１に示す固体撮像素子の混合・間引き走査読み出しモード時の動作の他の例を示すタイミングチャートである。
【図１４】固体撮像素子の有効画素領域の中心側の領域及び周辺側の領域を模式的に示す図である。
【図１５】第２の実施の形態の変形例に係る固体撮像素子を模式的に示す示す概略平面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
２３  スイッチ状態設定部
５１  フォトダイオード
５４  フローティングディフュージョン（ＦＤ）
５５  転送トランジスタ
５８  画素アンプ
５９  リセットトランジスタ
６０  選択トランジスタ
６１Ｖ  垂直方向ＦＤ連結スイッチ
６１Ｈ  水平方向ＦＤ連結スイッチ
【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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