(57)【要約】【課題】多画素化した場合でも十分なフレームレートを得ることができる撮像装置の駆動方法、撮像装置、及び撮像システムを提供する。【解決手段】撮像装置の駆動方法は、列方向及び行方向に配された複数の光電変換部を含む撮像領域と、前記複数の光電変換部のそれぞれの電荷に応じた信号を列ごとに出力するための複数の列信号線とを有する撮像装置の駆動方法であって、各列において、前記撮像領域において列方向に配された２以上の光電変換部の信号を加算する第１のステップと、前記第１のステップの後に、前記複数の列信号線のそれぞれを介して出力された信号を、２以上の列について加算する、あるいは、２以上の列について平均化する第２のステップとを備える。【選択図】図１
2009021809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列方向及び行方向に配された複数の光電変換部を含む撮像領域と、前記複数の光電変換部のそれぞれの電荷に応じた信号を列ごとに出力するための複数の列信号線とを有する撮像装置の駆動方法であって、
前記撮像領域において列方向に配された２以上の光電変換部の信号を加算する第１のステップと、
前記第１のステップの後に、前記複数の列信号線のそれぞれを介して出力された信号を、２以上の列について加算、あるいは平均化する第２のステップと、
を備えたことを特徴とする撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
前記撮像領域では、複数の画素ユニットが列方向及び行方向に配され、
前記複数の画素ユニットのそれぞれは、
前記２以上の光電変換部と、
前記２以上の光電変換部の少なくとも１つに蓄積された電荷を保持する電荷保持部と、
前記２以上の光電変換部のそれぞれの電荷を前記電荷保持部へ転送する２以上の電荷転送部と、
を含み、
前記第１のステップでは、
前記２以上の電荷転送部が、前記２以上の光電変換部のそれぞれの信号を前記電荷保持部へ転送して加算する
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記撮像装置は、前記２以上の光電変換部へ第１の色の光を選択的に導く選択部をさらに有し、
前記第１のステップでは、前記第１の色に対応する前記２以上の光電変換部の信号を加算し、
前記第２のステップでは、前記複数の列信号線のそれぞれを介して出力された前記第１の色に対応する信号を、２以上の列について加算する、あるいは、２以上の列について平均化する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
前記撮像装置は、前記複数の光電変換部のそれぞれへ第１の色、第２の色、第３の色、及び第４の色のいずれかの光を選択的に導く選択部をさらに有し、
前記撮像領域では、複数の単位配列が列方向及び行方向に配され、
前記複数の単位配列のそれぞれは、
前記第１のステップ及び前記第２のステップで加算される前記第１の色に対応する４つの第１光電変換部と、
前記第１のステップで加算されず、前記第２のステップで加算される前記第２の色に対応する２つの第２光電変換部と、
前記第１のステップで加算され、前記第２のステップで加算されない前記第３の色に対応する２つの第３光電変換部と、
前記第１のステップ及び前記第２のステップで加算されない前記第４の色に対応する第４光電変換部と、
を含み、
前記４つの第１光電変換部と前記第４光電変換部とは、前記単位配列における第１の対角方向に配され、
前記２つの第２光電変換部と前記２つの第３光電変換部とは、前記単位配列における第２の対角方向に配され、
前記４つの第１光電変換部の重心、前記２つの第２光電変換部の重心、前記２つの第３光電変換部の重心、及び前記第４光電変換部で構成される配列は、ベイヤー配列を形成する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
前記選択部は、入射した光に含まれる前記第１の色、前記第２の色、前記第３の色、及び前記第４の色のいずれかの光を選択的に透過して前記光電変換部へそれぞれ導く複数のカラーフィルターを含み、
前記複数のカラーフィルターの配列は、ベイヤー配列を形成する
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項６】
前記撮像装置は、前記複数の光電変換部のそれぞれへ第５の色、第６の色、第７の色、及び第８の色のいずれかの光を選択的に導く選択部をさらに有し、
前記撮像領域では、複数の単位配列が列方向及び行方向に配され、
前記複数の単位配列のそれぞれは、
前記第１のステップで加算されず、前記第２のステップで加算される前記第５の色に対応する２つの第５光電変換部と、
前記第１のステップで加算され、前記第２のステップで加算されない前記第６の色に対応する２つの第６光電変換部と、
前記第１のステップ及び前記第２のステップで加算されない前記第７の色に対応する第７光電変換部と、
前記第１のステップ及び前記第２のステップで加算されない前記第８の色に対応する第８光電変換部と、
を含み、
前記２つの第５光電変換部と前記２つの第６光電変換部とは、前記単位配列における第１の対角方向に配され、
前記第７光電変換部と前記第８光電変換部とは、前記単位配列における第２の対角方向に配され、
前記２つの第５光電変換部の重心、前記２つの第６光電変換部の重心、前記第７光電変換部、及び前記第８光電変換部で構成される配列は、ベイヤー配列を形成する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
前記選択部は、入射した光に含まれる前記第５の色、前記第６の色、前記第７の色、及び前記第８の色のいずれかの光を選択的に透過して前記光電変換部へそれぞれ導く複数のカラーフィルターを含み、
前記複数のカラーフィルターの配列は、ベイヤー配列を形成する
ことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
前記撮像装置は、前記複数の列信号線のそれぞれを介して、前記複数の光電変換部のそれぞれから出力された信号を読み出す読み出し部をさらに有し、
前記読み出し部は、
前記複数の列信号線の少なくとも一部の一端に接続された第１読み出し回路と、
前記複数の列信号線の少なくとも一部の他端に接続された第２読み出し回路と、
を含み、
前記第２のステップでは、第１の色に対応する信号を前記第１読み出し回路が加算又は平均化する、あるいは、第２の色に対応する信号を前記第２読み出し回路が加算又は平均化する
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
列方向及び行方向に配された複数の光電変換部を含む撮像領域と、
前記複数の光電変換部のそれぞれの電荷に応じた信号を列ごとに出力するための複数の列信号線と、
前記複数の列信号線のそれぞれを介して、前記複数の光電変換部のそれぞれから出力された信号を読み出す読み出し部と、
を備え、
前記撮像領域は、
前記撮像領域において列方向に配された２以上の光電変換部の信号を加算する加算部を各列に含み、
前記読み出し部は、
前記複数の列信号線のそれぞれを介して出力された信号を、２以上の列について加算する、あるいは、２以上の列について平均化する加算平均化部を含む
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項１０】
前記撮像領域では、複数の画素ユニットが列方向及び行方向に配され、
前記複数の画素ユニットのそれぞれは、
前記２以上の光電変換部と、
前記加算部と、
を含み、
前記加算部は、
前記２以上の光電変換部の少なくとも１つに蓄積された電荷を保持する電荷保持部と、
前記２以上の光電変換部の電荷のそれぞれを前記電荷保持部へ転送する２以上の電荷転送部と、
を含み
前記加算部では、
前記２以上の電荷転送部が、前記２以上の光電変換部のそれぞれの信号を前記電荷保持部へ転送して、前記２以上の光電変換部の信号を前記電荷保持部で加算する
ことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の撮像装置と、
前記撮像装置へ光を結像する光学系と、
前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部と、
を備えたことを特徴とする撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置の駆動方法、撮像装置、及び撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付携帯電話等にＣＭＯＳ型の撮像装置が利用され始めている。撮像装置の性能の指標には、画素数の多さと、画像信号の読み出し速度の速さとがある。
【０００３】
画素数を多くする方法には、ＭＯＳ型の撮像装置において、アクティブ素子を複数の画素毎に共有する方法が提案されている。特許文献１では、４つの画素に対して１つのフローティングディフュージョン及び１つのアクティブ素子を共有している。これにより、画素のピッチを小さくすることができ、所定の面積における画素数を多くすることができる。
【０００４】
一方、画像信号の読み出し速度を速くする方法には、ＭＯＳ型の撮像装置において、出力チャンネル数を多チャンネル化する方法や、用途に応じて画素信号の間引き処理を行い、画像の画素数を圧縮しフレームレートを速くする方法がある。
【０００５】
あるいは、画像信号の読み出し速度を速くする方法には、複数の画素の信号を加算した後に出力することで画素数を減らしてフレームレートを速くする方法がある。特許文献２では、複数の画素に対して１つのフローティングディフュージョン及び１つのアクティブ素子を共有している。そして、複数の画素で取得された電荷をフローティングディフュージョンで加算することにより、読み出し時間を増やすことなく列方向の画素について信号の加算を行うことができる。
【特許文献１】特開２００５−１９８００１号公報
【特許文献２】特開平９−４６５９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献２に示される読み出し方法では、行方向の画素について信号の加算が出来ず、画像を十分に圧縮できないことがある。これにより、多画素化した場合にフレームレートを十分に向上できない可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、多画素化した場合でも十分なフレームレートを得ることができる撮像装置の駆動方法、撮像装置、及び撮像システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１側面に係る撮像装置の駆動方法は、列方向及び行方向に配された複数の光電変換部を含む撮像領域と、前記複数の光電変換部のそれぞれの電荷に応じた信号を列ごとに出力するための複数の列信号線とを有する撮像装置の駆動方法であって、各列において、前記撮像領域において列方向に配された２以上の光電変換部の信号を加算する第１のステップと、前記第１のステップの後に、前記複数の列信号線のそれぞれを介して出力された信号を、２以上の列について加算する、あるいは、２以上の列について平均化する第２のステップとを備えたことを特徴とする。
【０００９】
本発明の第２側面に係る撮像装置は、列方向及び行方向に配された複数の光電変換部を含む撮像領域と、前記複数の光電変換部のそれぞれの電荷に応じた信号を列ごとに出力するための複数の列信号線と、前記複数の列信号線のそれぞれを介して、前記複数の光電変換部のそれぞれから出力された信号を読み出す読み出し部とを備え、前記撮像領域は、各列において、前記撮像領域において列方向に配された２以上の光電変換部の信号を加算する加算部を含み、前記読み出し部は、前記複数の列信号線のそれぞれを介して出力された信号を、２以上の列について加算する、あるいは、２以上の列について平均化する加算平均化部を含むことを特徴とする。
【００１０】
本発明の第３側面に係る撮像システムは、本発明の第２側面に係る撮像装置と、前記撮像装置へ光を結像する光学系と、前記撮像装置から出力された信号を処理して画像データを生成する信号処理部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、多画素化した場合でも十分なフレームレートを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
まず、本発明の課題を、図１３〜図１５を用いて説明する。図１３は、撮像装置１における撮像領域ＰＡを示す図である。図１４は、撮像領域ＰＡにおける画素ユニットＰＵを示す図である。図１５は、撮像領域ＰＡの一部を切り出した、単位配列ＵＡを説明する図である。
【００１３】
撮像装置１は、撮像領域ＰＡと、複数の列信号線１００１〜１００４と、読み出し部１００５と、選択部（図示せず）とを備える。
【００１４】
撮像領域ＰＡでは、光電変換部をそれぞれ含む複数の画素１１Ｒ、２１Ｇ等が列方向及び行方向に配されている。また、撮像領域ＰＡでは、図１３に示すように、複数の画素ユニットＰＵが列方向及び行方向に配されている。ここで、画素ユニットＰＵは、図１４に示すように、列方向に隣接した複数の光電変換部（画素）を含み、画素の一部の機能（増幅部等）が共有化されている。また、撮像領域ＰＡでは、複数の単位配列ＵＡが列方向及び行方向に配されている。すなわち、単位配列ＵＡは、図１５に示すように、列方向及び行方向に隣接した複数の光電変換部（画素）を含む。
【００１５】
図１５を用いて更に説明する。複数の列信号線１００１〜１００４は、複数の光電変換部のそれぞれの電荷に応じた信号を列ごとに出力する。
【００１６】
読み出し部１００５は、複数の列信号線１００１〜１００４のそれぞれを介して、複数の光電変換部（画素）のそれぞれから出力された信号を読み出す。読み出し部１００５は、読み出し回路を含む。ここで、列信号線等は図１３では省略している。つまり、撮像装置１は、撮像領域ＰＡと、複数の列信号線１００１〜１００４と、読み出し部１００５と、選択部（図示せず）とを備えている。
【００１７】
選択部は、複数の光電変換部（画素）のそれぞれへ第１の色、第２の色、第３の色、及び第４の色のいずれかの光を選択的に導く。第１の色〜第４の色のそれぞれは、例えば、Ｒ、Ｇ（Ｇｒ）、Ｇ（Ｇｂ）、及びＢのいずれかである。具体的には、選択部は、入射した光に含まれる第１の色、第２の色、第３の色、及び第４の色のいずれかの光を選択的に透過して光電変換部へそれぞれ導く複数のカラーフィルターを含む。複数のカラーフィルターの配列は、ベイヤー配列を形成する。同様に、選択部は、複数の光電変換部（画素）のそれぞれへ第５の色、第６の色、第７の色、及び第８の色のいずれかの光を選択的に導く。第５の色〜第８の色のそれぞれは、例えば、Ｒ、Ｇ（Ｇｒ）、Ｇ（Ｇｂ）、及びＢのいずれかである。
【００１８】
ここで、ベイヤー配列とは、Ｒ、Ｇ、Ｇ、Ｂの４画素の繰り返しで構成される配列である。その配列の繰り返し単位内において、Ｒ及びＢが第１の対角方向に配され、２つのＧが第２の対角方向に配される。その単位内では、２つのＧが便宜上異なる色プレーンとして扱われる。すなわちベイヤー配列の色プレーンとしては４色の画像をもつことになる。本明細書では、Ｒは赤に、Ｇは緑に、Ｂは青に対応することを示している。さらに、１２Ｇ、１４ＧのようにＲ画素と行方向に隣接する画素をＧｒ、一方２１Ｇ、２３ＧのようにＢ画素と行方向に隣接する画素をＧｂと呼ぶことにする。
【００１９】
なお、選択部は、複数の光電変換部のそれぞれへ第１の色、第２の色、第３の色、及び第４の色などのいずれかの光を選択的に導くものである。例えば、ベイヤー配列のカラーフィルター、補色のカラーフィルター、回折格子及びダイクロイック膜があげられる。
【００２０】
図１３において、１１Ｒはアドレス（Ｈ＝１、Ｖ＝１）のＲ画素を略したものである。同様に２１Ｇはアドレス（Ｈ＝２、Ｖ＝１）のＧ画素、同様に２２Ｂはアドレス（Ｈ＝２、Ｖ＝２）のＢ画素の略である。すなわち、図１３では、各光電変換部の位置と、各カラーフィルターの位置とが、対応付けて示されている。
【００２１】
次に、画素ユニットＰＵについて説明する。各画素ユニットＰＵは、図１４に示すように、２以上の光電変換部１２０１、１２０２、１２０３、１２０４と、２以上の電荷転送部１２０５、１２０６、１２０７、１２０８と、加算部１２１３と、増幅部１２１０と、リセット部１２１１とを含む。
【００２２】
２以上の光電変換部１２０１〜１２０４は、それぞれ、列方向に隣接して配されている。各光電変換部１２０１〜１２０４は、例えば、フォトダイオードである。各光電変換部１２０１〜１２０４内に蓄積した光電荷は、２以上の電荷転送部１２０５〜１２０８のそれぞれを介して電荷保持部１２０９に転送される。
【００２３】
２以上の電荷転送部１２０５〜１２０８は、それぞれ、２以上の光電変換部１２０１〜１２０４に接続されている。各電荷転送部１２０５〜１２０８は、例えば、転送トランジスタである。各電荷転送部１２０５〜１２０８は、行選択パルスＴｘ１、Ｔｘ２、Ｔｘ３、Ｔｘ４で制御される。２以上の電荷転送部１２０５〜１２０８は、２以上の光電変換部１２０１〜１２０４のそれぞれの信号を電荷保持部１２０９へ転送して、２以上の光電変換部１２０１〜１２０４のうちの少なくとも２つの信号を電荷保持部１２０９で加算する。
【００２４】
電荷保持部１２０９は、２以上の光電変換部１２０１〜１２０４の少なくとも１つに蓄積された電荷を保持する。電荷保持部１２０９は、例えば、フローティングディフュージョンである。電荷保持部１２０９では、２以上の電荷転送部１２０５〜１２０８により、２以上の光電変換部１２０１〜１２０４のうちの少なくとも２つの信号（電荷）が転送される。そして、電荷保持部１２０９では、２以上の光電変換部１２０１〜１２０４のうちの少なくとも２つの転送された信号（電荷）が加算される。このとき、電荷保持部１２０９は、加算された信号（電荷）を保持する。
【００２５】
増幅部１２１０は、電荷保持部１２０９の電位に応じた信号を増幅して列信号線１００４へ出力する。増幅部１２１０は、例えば、ソースフォロワアンプである。
【００２６】
リセット部１２１１は、リセット信号Ｒｅｓにより制御され、電荷保持部１２０９の電位を電源１２１２から供給される電圧によって所望の電位にリセットする。リセット部１２１１は、例えば、リセットトランジスタである。電源１２１２の電圧を切り替えることによって電荷保持部１２０９の電位は２値あるいは３値の任意の電位にすることが可能である。
【００２７】
電源１２１２は、増幅部１２１０のドレインに電圧を供給する役割、電荷保持部１２０９を非選択状態にリセットする役割、電荷保持部１２０９を選択状態にリセットする役割等を果たすことができる。
【００２８】
このような画素ユニットＰＵにおいて、特許文献２に示される画像を圧縮する方法を適用した場合の一例について考える。図１５は、撮像領域ＰＡにおける単位配列ＵＡを示す図である。単位配列ＵＡは、４ｘ４画素であり、撮像領域ＰＡにおいて行方向及び列方向に配されている。光電変換部１２０１，１２０３に光電荷を蓄積した後、Ｔｘ１、Ｔｘ３を同時に選択することにより光電変換部１２０１，１２０３の光電荷を電荷保持部１２０９に転送する。これにより、電荷保持部１２０９上で２つの光電変換部１２０１，１２０３からの光信号（光電荷）が加算される。この時加算される画素の信号は、図１５に示す画素１１Ｒ及び１３Ｒ、画素２１Ｇ及び２３Ｇなどであり、互いに同色画素である。それぞれの信号（電圧）は、列信号線１００１、１００２、１００３、１００４から読み出し部１００５に入力され、読み出し部１００５から出力１００６に出力される。さらに、光電変換部１２０２，１２０４についても、Ｔｘ２、Ｔｘ４を同時に選択することにより、それらの光信号（光電荷）が電荷保持部１２０９上で加算される。そして、加算後の信号が読み出し部１００５に入力され読み出し部１００５から出力１００６に出力される。以上の動作を繰り返しても、１１Ｒ〜４４Ｂの全ての画素（４×４の画素）の信号を２ｘ４の画素の画像信号にしか（圧縮率５０％までにしか）圧縮することができない。
【００２９】
そこで、撮像装置１における読み出し部１００５が更に後述の加算平均化部を有し、複数の列信号線１００１〜１００４のそれぞれを介して出力された第１の色に対応する信号を、２以上の列について加算する。加算後の信号は出力１００６から出力される。加算平均化部は、例えば、列信号線１００１及び１００３、列信号線１００２及び１００４の組み合わせについて、互いに同色画素の信号を加算する。
【００３０】
すなわち、例えば、加算部１２１３は、光電変換部１２０２，１２０４について、Ｔｘ２、Ｔｘ４が同時に選択されることにより、電荷保持部１２０９上で光信号（光電荷）を加算する。そして、加算平均化部は、列信号線１００１及び１００３、列信号線１００２及び１００４の列についてそれぞれ加算する。これにより、同色画素の信号を加算することが可能である。
【００３１】
以上の動作の繰り返しにより、１１Ｒ〜４４Ｂまでの画素（４×４の画素）の信号を２ｘ２の画素の画像信号に圧縮することができる。行および列方向の信号が圧縮されることによって、出力１００６への読み出し速度を向上させることが可能となり、フレームレートが向上する。
【００３２】
ここで、画像の画素数を圧縮する際に、画素の信号を行方向に加算するだけでなく列方向に加算又は平均化した後に、加算又は平均化された信号の空間的な重心が等間隔にならないことがある。これにより、加算後の信号の対称性が低下することがあるため、偽色が発生したり空間解像度が損失したりする可能性がある。
【００３３】
画素１１Ｒ、１３Ｒ、３１Ｒ、３３Ｒを加算した信号の重心は４つの画素の中央すなわち空間的には２２Ｂの場所に位置する。同様に、２１Ｇ、４１Ｇ、２３Ｇ、４３Ｇを加算した信号の重心は３２Ｇの場所に、１２Ｇ、１４Ｇ、３２Ｇ、３４Ｇを加算した信号の重心は２３Ｇの場所に、２２Ｂ、２４Ｂ、４２Ｂ、４４Ｂを加算した信号の重心は３３Ｒの場所に位置する。この結果を繰り返し画素数を増やして図示すると、図１３の図面中でハッチングをかけた場所になる。図１３を見てわかるように、加算後の信号の重心は、加算前のベイヤー配列と相似な配列にはなっておらず、対称性が悪くなっている。すなわち、Ｇの信号は等間隔になっておらず、また、Ｒ、Ｂ、Ｇの位置関係も等間隔になっていない。この現象によって画像の空間解像度が低下したり、偽色が発生する場合がある。
【００３４】
次に、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る撮像装置１００の構成図である。本実施形態において、図１４に示された列方向に隣接した４画素共通の画素ユニットＰＵを用いることが可能である。
【００３５】
撮像装置１００は、撮像領域ＰＡ１００、列信号線１０１〜１０４、読み出し部１０５、及び選択部（図示せず）を備える。選択部の構成は、上記と同様である。
【００３６】
撮像領域ＰＡ１００は、複数の画素ユニットＰＵが配され、列方向及び行方向に配された複数の光電変換部１２０１〜１２０４を含む。光電変換部１２０１〜１２０４は、例えば、フォトダイオードである（図１４参照）。
【００３７】
ここで、加算部１２１３は、列方向に配された２以上の光電変換部１２０１〜１２０４の信号（電荷）を電荷保持部１２０９で加算する（第１のステップ）。すなわち、加算部１２１３では、２以上の電荷転送部１２０５が、２以上の光電変換部１２０１〜１２０４のそれぞれの信号（電荷）を電荷保持部１２０９へ転送して、加算する。
【００３８】
列信号線１０１〜１０４は、各画素の間を列方向に延びている。列信号線１０１〜１０４は、各画素ユニットＰＵの増幅部１２１０から出力された電圧を読み出し部１０５へ伝達する。
【００３９】
読み出し部１０５は、列信号線１０１〜１０４及び水平信号線１０６に接続されている。読み出し部１０５は、例えば、読み出し回路である。これにより、読み出し部１０５は、列信号線１０１〜１０４からの２以上の光電変換部１２０１〜１２０４の信号を、水平信号線１０６へ出力する。
【００４０】
読み出し部１０５は、スイッチ群２０１（２０１ａ，２０１ｂ，・・・）、及び加算平均化部１０７を備える。
【００４１】
各スイッチ２０１ａ等は、列信号線１０１〜１０４において撮像領域ＰＡ１００と加算平均化部１０７との間に設けられている。これにより、各スイッチ２０１ａ等がオンされた際に、列信号線１０１〜１０４を介して伝達された信号が加算平均化部１０７に供給される。
【００４２】
加算平均化部１０７は、保持容量群２０２（２０２ａ，２０２ｂ，・・・）、スイッチ２０３，２０４、信号転送スイッチ２１１〜２１４、及び水平信号線１０６を含む。
【００４３】
加算平均化部１０７は、複数の列信号線１０１〜１０４のそれぞれを介して出力された信号を、保持容量２０２ａ等で蓄積及び保持する。そして、加算平均化部１０７は、保持容量２０２ａ等で保持する信号を、２以上の列について加算する、あるいは、２以上の列について平均化する。
【００４４】
例えば、加算の場合について説明する。加算平均化部１０７では、列信号線１０１を介して出力された信号が保持容量２０２ａで蓄積及び保持され、列信号線１０３を介して出力された信号が保持容量２０２ｃで蓄積及び保持される。信号転送スイッチ２１１がオンされると、保持容量２０２ａで蓄積及び保持された信号が水平信号線１０６へ出力される。同時に信号転送スイッチ２１３がオンされると、保持容量２０２ｃで蓄積及び保持された信号が水平信号線１０６へ出力される。これにより、加算平均化部１０７は、複数の列信号線１０１，１０３のそれぞれを介して出力された信号を、２以上の列について水平信号線１０６で加算する（第２のステップ）。加算平均化部１０７は、加算後の信号を水平信号線１０６経由で後段へ供給する。
【００４５】
さらに平均化の場合について説明する。例えば、加算平均化部１０７では、列信号線１０１を介して出力された信号が保持容量２０２ａで蓄積及び保持され、列信号線１０３を介して出力された信号が保持容量２０２ｃで蓄積及び保持される。スイッチ２０３がオンされると、保持容量２０２ａで蓄積及び保持された信号と保持容量２０２ｃで蓄積及び保持された信号とが平均化され、平均化された信号が保持容量２０２ａ及び保持容量２０２ｃのそれぞれで保持される。そして、信号転送スイッチ２１１及び信号転送スイッチ２１３のいずれかがオンされると、保持容量２０２ａ及び保持容量２０２ｃのいずれかに保持された信号（平均化された信号）が水平信号線１０６へ出力される（第２のステップ）。加算平均化部１０７は、平均化後の信号を水平信号線１０６経由で後段へ供給する。
【００４６】
あるいは、ここで、信号転送スイッチ２１１及び信号転送スイッチ２１３とが同時にオンされると、保持容量２０２ａ及び保持容量２０２ｃで保持された信号（平均化された信号）が水平信号線１０６へ出力される。これにより、加算平均化部１０７は、複数の列信号線１０１，１０３のそれぞれを介して出力された信号（平均化された信号）を、２以上の列について水平信号線１０６で加算することが出来る（第２のステップ）。
【００４７】
次に、撮像領域ＰＡ１００における単位配列ＵＡ１００について、図２を用いて説明する。図２は、図１３と同様な撮像領域ＰＡ１００（図１参照）における単位配列ＵＡ１００を示す図である。
【００４８】
撮像領域ＰＡ１００では、図１３と同様に、複数の単位配列ＵＡ１００（図２参照）が列方向及び行方向に配されている。複数の単位配列ＵＡ１００は、列方向及び行方向に隣接して配された２以上の画素をそれぞれ含む。本実施形態において各単位配列ＵＡ１００は、４×４の隣接する画素を含み、上記の列方向に隣接した４つの画素を含む画素ユニットＰＵを４つ行方向に並べたものである。
【００４９】
各単位配列ＵＡ１００は、４つの第１光電変換部２２Ｂ、２４Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂ、２つの第２光電変換部２１Ｇ，４１Ｇ、２つの第３光電変換部１２Ｇ，１４Ｇ、第４光電変換部１１Ｒを含む。各単位配列ＵＡ１００に含まれる複数の光電変換部で構成される配列は、ベイヤー配列を形成する。
【００５０】
４つの第１光電変換部２２Ｂ、２４Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂは、加算部１２１３及び加算平均化部１０７により加算される画素であり、第１の色に対応する画素である。すなわち、４つの第１光電変換部２２Ｂ、２４Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂは、上記の第１のステップ及び第２のステップで加算される画素であり、第１の色に対応する画素である。第１の色は、例えば、青（Ｂ）である。
【００５１】
２つの第２光電変換部２１Ｇ，４１Ｇは、加算部１２１３により加算されず、加算平均化部１０７により加算される画素であり、第２の色に対応する画素である。すなわち、２つの第２光電変換部２１Ｇ，４１Ｇは、上記の第１のステップで加算されず、第２のステップで加算される画素であり、第２の色に対応する画素である。第２の色は、例えば、赤（Ｒ）の画素と行方向に隣接する緑（Ｇｒ）である。
【００５２】
２つの第３光電変換部１２Ｇ，１４Ｇは、加算部１２１３により加算され、加算平均化部１０７により加算されない画素であり、第３の色に対応する画素である。すなわち、２つの第３光電変換部１２Ｇ，１４Ｇは、上記の第１のステップで加算され、第２のステップで加算されない画素であり、第３の色に対応する画素である。第３の色は、例えば、青（Ｂ）の画素と行方向に隣接する緑（Ｇｂ）である。
【００５３】
第４光電変換部１１Ｒは、加算部１２１３及び加算平均化部１０７により加算されない画素であり、第４の色に対応する画素である。すなわち、第４光電変換部１１Ｒは、上記の第１のステップ及び第２のステップで加算されない画素であり、第４の色に対応する画素である。第４の色は、例えば、赤（Ｒ）である。
【００５４】
ここで、４つの第１光電変換部２２Ｂ、２４Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂの重心（３３Ｒ）に第１の色（Ｂ）を配し、２つの第２光電変換部２１Ｇ，４１Ｇの重心（３１Ｒ）に第２の色（Ｇ）を配する。２つの第３光電変換部１２Ｇ，１４Ｇの重心（１３Ｒ）に第３の色（Ｇ）を配し、第４光電変換部１１Ｒに第４の色（Ｒ）を配する。このようにして構成される配列は、ベイヤー配列を形成している。
【００５５】
次に、撮像装置１００において画像の画素数を圧縮する方法について、図２及び図３を用いて説明する。図３は、読み出し部１０５を駆動するための信号波形を示す図である。
【００５６】
通常の読み出し時には４ｘ４全ての画素を順次読み出すことで高精細な画像を撮影することができる。一方、高フレームレート化のために画像の信号を圧縮する場合、本実施形態では、図２に破線で示す領域の画像信号の圧縮を行う。
【００５７】
まず、第１の行に配された２つの第２光電変換部２１Ｇ，４１Ｇ及び第４光電変換部１１Ｒについて、図３を用いて説明する。
【００５８】
タイミングＴ１〜Ｔ２の期間において、スイッチ２０１ａ〜２０１ｄは、そのゲートに活性状態の信号が供給されて、オンされる（図１参照）。そして、各列において、行選択パルスＴｘ１によりＶ＝１行の光電変換部１２０１の信号（電荷）を電荷保持部１２０９に転送する（図１４参照）。ここで、電荷保持部１２０９は、特に信号を加算しない。増幅部１２１０は、電荷保持部１２０９に保持された電荷による信号を増幅して列信号線１０１〜１０４経由で読み出し部１０５の保持容量２０２ａ〜２０２ｄに保持させる。
【００５９】
タイミングＴ２において、スイッチ２０１ａ〜２０１ｄがオフされ、読み出し部１０５の保持容量２０２ａ〜２０２ｄは各画素ユニットＰＵの信号を保持する。
【００６０】
タイミングＴ３において、スイッチ２０４は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｂが保持する信号と保持容量２０２ｄが保持する信号とを平均化する（第２のステップ）。ここで、２つの第２光電変換部２１Ｇ，４１Ｇの信号が平均化される。保持容量２０２ｂは、平均化後の信号を保持する。
【００６１】
タイミングＴ４〜Ｔ５の期間において、信号転送スイッチ２１１は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ａが保持する信号を水平信号線１０６経由で出力する。
【００６２】
タイミングＴ６〜Ｔ７の期間において、信号転送スイッチ２１２は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｂが保持する信号を水平信号線１０６経由で出力する。
【００６３】
次に、第２の行から第４の行に配された２つの第３光電変換部１２Ｇ，１４Ｇ及び４つの第１光電変換部２２Ｂ、２４Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂを読み出す。
【００６４】
タイミングＴ１〜Ｔ２の期間において、スイッチ２０１ａ〜２０１ｄがオンされる。そして、行選択パルスＴｘ２、Ｔｘ４によりＶ＝２、４行の光電変換部１２０２，１２０４の信号（電荷）を電荷保持部１２０９に転送する（図１４参照）。電荷保持部１２０９は、光電変換部１２０２，１２０４の信号を加算する（第１のステップ）。ここで、２つの第３光電変換部１２Ｇ，１４Ｇの信号（電荷）が加算される。４つの第１光電変換部２２Ｂ、２４Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂにおいて、２２Ｂ及び２４Ｂの信号（電荷）が加算され、４２Ｂ及び４４Ｂの信号（電荷）が加算される。増幅部１２１０は、電荷保持部１２０９に保持された電荷による信号を増幅して列信号線１０１〜１０４経由で読み出し部１０５の保持容量２０２ａ〜２０２ｄに読み出して蓄積させる。
【００６５】
タイミングＴ２において、スイッチ２０１ａ〜２０１ｄがオフされ、読み出し部１０５の保持容量２０２ａ〜２０２ｄは各画素ユニットＰＵの信号を保持する。
【００６６】
タイミングＴ３において、スイッチ２０４は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｂが保持する信号と保持容量２０２ｄが保持する信号とを平均化する（第２のステップ）。ここで、４つの第１光電変換部２２Ｂ、２４Ｂ，４２Ｂ，４４Ｂにおいて、２２Ｂ及び２４Ｂの加算後の信号と、４２Ｂ及び４４Ｂの加算後の信号とが平均化される。保持容量２０２ｂは、平均化後の信号を保持する。
【００６７】
タイミングＴ４〜Ｔ５の期間において、信号転送スイッチ２１１は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ａが保持する信号を水平信号線１０６経由で出力する。
【００６８】
タイミングＴ６〜Ｔ７の期間において、信号転送スイッチ２１２は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｂが保持する信号を水平信号線１０６経由で出力する。
【００６９】
以上のようにして、４ｘ４の画素が２×２に圧縮されて出力される。Ｒの信号としては１１Ｒ画素の信号を、Ｇｒの信号としては１２Ｇ画素と１４Ｇ画素との加算信号を、Ｇｂの信号としては２１Ｇ画素と４１Ｇ画素との加算信号を用いる。Ｂ画素の信号としては、２２Ｂ画素、２４Ｂ画素、４２Ｂ画素、及び４４Ｂ画素の加算信号を用いる。この結果、加算後の画素の信号の重心は、１１Ｒ上（Ｒ）、１３Ｒ上（Ｇ）、３１Ｒ上（Ｇ）、３３Ｒ上（Ｂ）となり、ベイヤー配列となる。すなわち、画素の信号を行方向に加算するだけでなく列方向に平均化するので、多画素化した場合でもフレームレートを十分に向上できる。また、加算又は平均化された信号の空間的な重心が等間隔になっているとともにベイヤー配列になっているので、偽色の発生を低減でき、空間解像度の損失を低減できる。
【００７０】
本実施形態においては、加算又は平均化後の色の配列がベイヤー配列になる効果に加えて以下の利点がある。本実施形態では色プレーンにより加算又は平均化する画素の数が異なっており、例えば図２ではＢの画素は４つの画素の加算又は平均化であり感度の低いＢの画素の感度を上げることができる。なお、Ｒのカラーフィルターの透過率が低い場合には、Ｒの画素を４つの画素の加算又は平均化し、Ｂを単独にすることも選択肢として可能である。
【００７１】
また、信号の加算及び平均化に応じて１２１０の後段に設けられうるアンプ部や１０６の後段に設けられうるアンプ部のゲインを切り替えることで、同等の大きさの信号を出力することが可能となる。
【００７２】
なお、本実施形態の説明においては光信号の読み出しについての概念を説明したが、ＣＭＯＳセンサの読み出し方法としてノイズ信号と光信号との差分を求めるＣＤＳノイズ除去方法がある。ＣＤＳノイズ除去を行う場合には、具体的にノイズ信号を蓄積する保持容量と光信号を保持する保持容量とを別々に設ける。そして、Ｔｘ１〜Ｔｘ４パルスをオンする前の状態でサンプルホールドすることでノイズ信号を蓄積し、Ｔｘ１〜Ｔｘ４パルスをオンした後の状態でサンプルホールドすることで光信号を蓄積する。そして、出力にはノイズ信号と光信号との差分を出力する回路を設けて実現することが可能である。ここで、ノイズ信号としては、電荷保持部のリセットに起因するノイズや、１２０１の後段に設けられうるアンプ部のオフセットなどが挙げられる。光信号は、光電変換部にて生じた画像を形成する信号とノイズ信号とが重畳したものである。
【００７３】
次に、本発明の撮像装置を適用した撮像システムの一例を図４に示す。
【００７４】
撮像システム９０は、図４に示すように、主として、光学系、撮像装置１００及び信号処理部を備える。光学系は、主として、シャッター９１、撮影レンズ９２及び絞り９３を備える。信号処理部は、主として、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６、画像信号処理部９７、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、タイミング発生部９８、全体制御・演算部９９、記録媒体８８及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を備える。なお、信号処理部は、記録媒体８８を備えなくても良い。
【００７５】
シャッター９１は、光路上において撮影レンズ９２の手前に設けられ、露出を制御する。
【００７６】
撮影レンズ９２は、入射した光を屈折させて、撮像装置１００の複数の光電変換部（画素）へ被写体の像を結像させる。
【００７７】
絞り９３は、光路上において撮影レンズ９２と撮像装置１００との間に設けられ、撮影レンズ９２を通過後に撮像装置１００へ導かれる光の量を調節する。
【００７８】
撮像装置１００は、複数の光電変換部（画素）に結像された被写体の像を、画像信号に変換し、出力する。
【００７９】
撮像信号処理回路９５は、撮像装置１００に接続されており、撮像装置１００から出力された画像信号を処理する。
【００８０】
Ａ／Ｄ変換器９６は、撮像信号処理回路９５に接続されており、撮像信号処理回路９５から出力された処理後の画像信号（アナログ信号）をデジタル信号へ変換する。
【００８１】
画像信号処理部９７は、Ａ／Ｄ変換器９６に接続されており、Ａ／Ｄ変換器９６から出力された画像信号（デジタル信号）に各種の補正等の演算処理を行い、画像データを生成する。この画像データは、メモリ部８７、外部Ｉ／Ｆ部８９、全体制御・演算部９９及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４などへ供給される。
【００８２】
メモリ部８７は、画像信号処理部９７に接続されており、画像信号処理部９７から出力された画像データを記憶する。
【００８３】
外部Ｉ／Ｆ部８９は、画像信号処理部９７に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、外部Ｉ／Ｆ部８９を介して外部の機器（パソコン等）へ転送する。
【００８４】
タイミング発生部９８は、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７に接続されている。これにより、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７へタイミング信号を供給する。そして、撮像装置１００、撮像信号処理回路９５、Ａ／Ｄ変換器９６及び画像信号処理部９７がタイミング信号に同期して動作する。
【００８５】
全体制御・演算部９９は、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に接続されており、タイミング発生部９８、画像信号処理部９７及び記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を全体的に制御する。
【００８６】
記録媒体８８は、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４に取り外し可能に接続されている。これにより、画像信号処理部９７から出力された画像データを、記録媒体制御Ｉ／Ｆ部９４を介して記録媒体８８へ記録する。
【００８７】
以上の構成により、撮像装置１００において良好な画像信号が得られれば、良好な画像（画像データ）を得ることができる。
【００８８】
次に、本発明の第２実施形態に係る撮像装置２００について、図５を用いて説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。
【００８９】
撮像装置２００は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるが、撮像領域ＰＡ２００の構成が第１実施形態と異なる。
【００９０】
撮像領域ＰＡ２００における単位配列ＵＡ２００は、図５に示すように、２つの第５光電変換部１１Ｒ，３１Ｒ、２つの第６光電変換部４２Ｂ，４４Ｂ、第７光電変換部２３Ｇ、及び第８光電変換部４１Ｇを含む。
【００９１】
ここで、第７光電変換部２３Ｇ及び第８光電変換部４１ＧがいずれもＧの１画素単独の信号である点で、第１実施形態と異なる。すなわち、単位配列ＵＡ２００に対して加算又は平均化を行った後の２つのＧの画素の対称性が良い。これにより、加算又は平均化後の２つのＧ画素のずれを低減できる。
【００９２】
なお、第７光電変換部２３Ｇは、加算部１２１３及び加算平均化部１０７により加算されない画素である。すなわち、第７光電変換部２３Ｇは、上記の第１のステップ及び第２のステップで加算されない、第７の色に対応する画素である。第７の色は、例えば、青（Ｂ）の画素と行方向に隣接する緑（Ｇｂ）である。
【００９３】
第８光電変換部４１Ｇは、加算部１２１３及び加算平均化部１０７により加算されない画素である。すなわち、第８光電変換部４１Ｇは、上記の第１のステップ及び第２のステップで加算されない、第８の色に対応する画素である。第８の色は、例えば、赤（Ｒ）の画素と行方向に隣接する緑（Ｇｒ）である。
【００９４】
また、単位配列ＵＡ２００では、２つの第５光電変換部１１Ｒ，３１Ｒ、２つの第６光電変換部４２Ｂ，４４Ｂが、それぞれ、加算又は平均化される。すなわち、Ｒ、Ｂがいずれも２画素の加算又は平均化になっている。カラーフィルターの透過率にもよるが、通常、白い画像において、ＧにくらべＲ、Ｂの出力が小さい。本実施形態では出力の小さい画素Ｒ、Ｂの感度を上げることができ、ＳＮを向上させることができる。
【００９５】
なお、２つの第５光電変換部１１Ｒ，３１Ｒは、加算部１２１３により加算されず、加算平均化部１０７により加算される。すなわち、２つの第５光電変換部１１Ｒ，３１Ｒは、上記の第１のステップで加算されず、第２のステップで加算される、第５の色に対応する画素である。第５の色は、例えば、赤（Ｒ）である。
【００９６】
２つの第６光電変換部４２Ｂ，４４Ｂは、加算部１２１３により加算され、加算平均化部１０７により加算されない、第６の色に対応する画素である。第６の色は、例えば、青（Ｂ）である。
【００９７】
ここで、２つの第５光電変換部１１Ｒ，３１Ｒの重心（２１Ｇ）に第５の色（Ｒ）を配し、２つの第６光電変換部４２Ｂ，４４Ｂの重心（４３Ｇ）に第６の色（Ｂ）を配する。第７光電変換部２３Ｇに第７の色（Ｇ）を配し、第８光電変換部４１Ｇに第８の色（Ｇ）を配する。このようにして構成される配列は、ベイヤー配列を形成する。
【００９８】
また、撮像装置２００において画像を圧縮する方法が、図５及び図６に示すように、次の点で第１実施形態と異なる。
【００９９】
タイミングＴ１５において、スイッチ２０３（図１参照）は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ａが保持する信号と保持容量２０２ｃが保持する信号とを平均化する（第２のステップ）。ここで、２つの第５光電変換部１１Ｒ，３１Ｒの信号（電圧）が平均化される。保持容量２０２ａは、平均化後の信号を保持する。
【０１００】
タイミングＴ１８〜Ｔ１９の期間において、信号転送スイッチ２１４は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｂが保持する信号（電圧）を水平信号線１０６経由で出力する。
【０１０１】
次に、２つの第６光電変換部４２Ｂ，４４Ｂ及び第７光電変換部２３Ｇについて、図６を用いて説明する。
【０１０２】
タイミングＴ２０において、スイッチ２０３（図１参照）は、そのゲートに非活性状態の信号が供給されてオフされる。
【０１０３】
タイミングＴ２１において、スイッチ２０１ａ〜２０１ｃ（図１参照）は、そのゲートに活性状態の信号が供給されて、オンされる。
【０１０４】
タイミングＴ２２〜Ｔ２３の期間において、各列において、行選択パルスＴｘ３によりＶ＝３行の光電変換部１２０３の信号（電荷）を電荷保持部１２０９に転送する（図１４参照）。ここで、電荷保持部１２０９は、特に信号を加算しない。増幅部１２１０は、電荷保持部１２０９に保持された電荷による信号（電圧）を増幅して列信号線１０１〜１０３経由で読み出し部１０５の保持容量２０２ａ〜２０２ｃに読み出して蓄積させる。
【０１０５】
タイミングＴ２４において、スイッチ２０１ａ〜２０１ｃがオフされ、読み出し部１０５の保持容量２０２ａ〜２０２ｃは各画素ユニットＰＵの信号を保持する。
【０１０６】
タイミングＴ２５において、スイッチ２０１ｄがオンされる。
【０１０７】
タイミングＴ２６〜Ｔ２７の期間において、各列において、行選択パルスＴｘ２，Ｔｘ４によりＶ＝２，４行の光電変換部１２０２，１２０４の信号（電荷）を電荷保持部１２０９に転送する（図１４参照）。電荷保持部１２０９は、光電変換部１２０２，１２０４の信号を加算する（第１のステップ）。ここで、２つの第６光電変換部４２Ｂ，４４Ｂの信号（電荷）が加算される。増幅部１２１０は、電荷保持部１２０９に保持された電荷による信号を増幅して列信号線１０４経由で読み出し部１０５の保持容量２０２ｄに読み出して蓄積させる。
【０１０８】
タイミングＴ２８において、スイッチ２０１ｄがオフされ、読み出し部１０５の保持容量２０２ｄは画素ユニットＰＵの信号を保持する。
【０１０９】
タイミングＴ２９〜Ｔ３０の期間において、信号転送スイッチ２１２は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｂが保持する信号を水平信号線１０６経由で出力する。
【０１１０】
タイミングＴ３１〜Ｔ３２の期間において、信号転送スイッチ２１４は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｄが保持する信号を水平信号線１０６経由で出力する。
【０１１１】
以上のようにして、４ｘ４の画素が２×２に圧縮されて出力される。Ｒの信号としては１１Ｒ画素と３１Ｒ画素との加算信号を、Ｇｂの信号としては２３Ｇ画素の信号を、Ｇｒの信号としては４１Ｇ画素の信号を用いる。Ｂ画素の信号としては、４２Ｂ画素と４４Ｂ画素との加算信号を用いる。この結果、加算後の画素信号の重心の配列は、２１Ｇ上（Ｒ）、２３Ｇ上（Ｇ）、４１Ｇ上（Ｇ）、及び４３Ｇ上（Ｂ）による配列となり、ベイヤー配列を形成している。すなわち、画素の信号を行方向に加算するだけでなく列方向に加算又は平均化するので、多画素化した場合でもフレームレートを十分に向上できる。また、加算又は平均化された信号の空間的な重心が等間隔になっているとともにベイヤー配列を形成しているので、偽色の発生を低減でき、空間解像度の損失を低減できる。
【０１１２】
次に、本発明の第３実施形態に係る撮像装置３００について、図７を用いて説明する。なお、第１実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。
【０１１３】
撮像装置３００は、読み出し部３０５が第１読み出し回路３０５ａ及び第２読み出し回路３０５ｂを備え、水平信号線３０６ａ及び水平信号線３０６ｂを介した２系統に出力が分かれている点で第１実施形態と異なる。  第１読み出し回路３０５ａは、列信号線１０２，１０４の一端及び水平信号線３０６ａに接続されている。これにより、第１読み出し回路３０５ａは、列信号線１０２，１０４を介して伝達された信号を、水平信号線３０６ａを介して出力する。
【０１１４】
第２読み出し回路３０５ｂは、列信号線１０１，１０３の他端及び水平信号線３０６ｂに接続されている。これにより、第２読み出し回路３０５ｂは、列信号線１０１，１０３を介して伝達された信号を、水平信号線３０６ｂを介して出力する。
【０１１５】
また、撮像装置３００において画像を圧縮する方法を図８及び図９に示す。
【０１１６】
タイミングＴ３０４〜Ｔ３０５の期間において、第２読み出し回路３０５ｂの信号転送スイッチ２１１（図７参照）は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ａが保持する信号を水平信号線３０６ｂ経由で出力する。それと同時に、第１読み出し回路３０５ａの信号転送スイッチ２１２（図７参照）は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｂが保持する信号を水平信号線３０６ａ経由で出力する。
【０１１７】
このように、複数チャンネルで読み出すので、例えば信号転送スイッチ２１１，２１２を同時にオンさせて保持容量２０２ａ，２０２ｂに保持された電圧を同時に読み出すことができ、読み出しを高速化することが可能である。すなわち、読み出しに要する時間（水平走査期間）を短縮することが可能である。
【０１１８】
次に、本発明の第４実施形態に係る撮像装置４００について、図１０を用いて説明する。なお、第２実施形態及び第３実施形態と異なる部分を中心に説明し、同様の部分については説明を省略する。
【０１１９】
撮像装置４００は、基本的な構成は第２実施形態及び第３実施形態と同様であるが、第１読み出し回路４０５ａ、第２読み出し回路４０５ｂ及び列信号線４０４を備える点で第２実施形態及び第３実施形態と異なる。
【０１２０】
具体的には列信号線４０４は上下に引き出されて第１読み出し回路４０５ａと第２読み出し回路４０５ｂとの両方に接続されている点である。つまり、第１読み出し回路４０５ａは、列信号線４０４に接続されるスイッチ２０１ｄ１、保持容量２０２ｄ１及び信号転送スイッチ２１４ａを備える。そして、第２読み出し回路４０５ｂは、列信号線４０４に接続されるスイッチ２０１ｄ、保持容量２０２ｄ及び信号転送スイッチ２１４ｂを備える。
【０１２１】
仮に、列信号線４０４が第１読み出し回路４０５ａにしか接続されていない場合を考える。１１Ｒ画素と３１Ｒ画素との信号は列信号線１０１、１０３を介して上側に出力することができるが、２３Ｇ画素の信号、４１Ｇ画素の信号、４２Ｂ画素と４４Ｂ画素との加算信号は何れも下側に出力される。これにより、上下の読み出し系で扱う信号の数（色の数）が異なってしまうため、出力を２系統にした効果による読み出しの高速化の利点が十分に得られない。
【０１２２】
それに対して、本実施形態では、４１Ｇ画素の信号を列信号線４０４にて上側から読み出し、４２Ｂ画素と４４Ｂ画素との加算信号を下側から読み出すため、上下の系統の扱う信号の数（色の数）を揃えることができる。
【０１２３】
スイッチ群２０１において、スイッチ２０１ａ，２０１ｃと、スイッチ２０１ｂと、２０１ｄ１とは個別の動きをする。本実施形態の読み出しは、まずＶ＝１行目の信号を、スイッチ２０１ａ，２０１ｃ，２０１ｄを介して上側の保持容量２０２ａ，２０２ｃ，２０２ｄに転送する。次にＶ＝３行目の信号を、列信号線１０２に接続されたスイッチ２０１ｂを介して下側の保持容量２０２ｂに転送する。さらにＶ＝２行目とＶ＝４行目の信号をフローティングディフュージョン上で加算後、列信号線１０４に接続されたスイッチ２０１ｃを介して下側の保持容量２０２ｂに転送する。水平走査はスイッチ２０３をオンした後、転送スイッチ２１１、２１４ｂを順次オンすることで行い、出力３０６ｂに信号が出力される。一方、転送スイッチ２１２，２１４ａを順次オンすることで出力３０６ａに信号が出力される。本実施形態では２１１と２１２とを同時に、２１４ｂと２１４ａとを同時にオンすることで出力３０６ｂ，３０６ａから２系列で並列に読み出すことができ、読み出し時間を短縮することが可能である。
【０１２４】
次に、撮像装置４００において画像を圧縮する方法を、図１１及び図１２に示す。
【０１２５】
タイミングＴ４３１〜Ｔ４３２の期間において、第１読み出し回路４０５ａの信号転送スイッチ２１４ａ（図１０参照）は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｄ１が保持する信号を水平信号線３０６ａ経由で出力する。それと同時に、第２読み出し回路４０５ｂの信号転送スイッチ２１４ｂ（図１０参照）は、そのゲートに活性状態の信号が供給されてオンされ、保持容量２０２ｄが保持する信号を水平信号線３０６ｂ経由で出力する。
【０１２６】
なお、図１２に示す信号Ｐ２１１と信号Ｐ２１２との位相をずらしたり、信号Ｐ２１４ａと信号Ｐ２１４ｂとの位相をずらしたりして、出力３０６ａ、３０６ｂに位相の異なる信号を出力してもよい。この場合、出力３０６ａ、３０６ｂをマルチプレクスした出力を生成してボンディングパッドに出力することで、ピン数を減らし実装コスト、処理ＩＣコストを低減することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る撮像装置の構成図。
【図２】本発明の第１実施形態における撮像領域における単位配列を示す図。
【図３】読み出し回路へ供給される信号波形を示す図。
【図４】本発明の撮像装置を適用した撮像システムの一例を示す図。
【図５】本発明の第２実施形態における撮像領域における単位配列を示す図。
【図６】読み出し回路へ供給される信号波形を示す図。
【図７】本発明の第３実施形態に係る撮像装置の構成図。
【図８】本発明の第３実施形態における撮像領域における単位配列を示す図。
【図９】第１読み出し回路及び第２読み出し回路へ供給される信号波形を示す図。
【図１０】本発明の第４実施形態に係る撮像装置の構成図。
【図１１】本発明の第４実施形態における撮像領域における単位配列を示す図。
【図１２】第１読み出し回路及び第２読み出し回路へ供給される信号波形を示す図。
【図１３】本発明の課題を説明する図。
【図１４】本発明の課題を説明する図。
【図１５】本発明の課題を説明する図。
【符号の説明】
【０１２８】
１００，２００，３００，４００  撮像装置
１０１等  列信号線
１０５  読み出し回路
１０７  加算平均化部
２０３，２０４  スイッチ
３０５ａ，４０５ａ  第１読み出し回路
３０５ｂ，４０５ｂ  第２読み出し回路
１２０１等  光電変換部
１２０５等  電荷転送部
１２０９  電荷保持部
１２１０  増幅部
１２１３  加算部
ＰＡ１００，ＰＡ２００  撮像領域
ＰＵ  画素ユニット
ＵＡ１００，ＵＡ２００  単位配列
【図１】
2009021809.tif 000003
【図２】
2009021809.tif 000004
【図３】
2009021809.tif 000005
【図４】
2009021809.tif 000006
【図５】
2009021809.tif 000007
【図６】
2009021809.tif 000008
【図７】
2009021809.tif 000009
【図８】
2009021809.tif 000010
【図９】
2009021809.tif 000011
【図１０】
2009021809.tif 000012
【図１１】
2009021809.tif 000013
【図１２】
2009021809.tif 000014
【図１３】
2009021809.tif 000015
【図１４】
2009021809.tif 000016
【図１５】
2009021809.tif 000017