(57)【要約】【課題】画素部から読み出される画素信号を、光通信部で発生する熱の影響を考慮して、光信号により高速伝送を可能とした固体撮像素子を提供する。【解決手段】固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａから読み出される信号を光信号に変換して出力する光通信部１１Ａと有効画素領域１００Ｅの間に、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）が配置される。ＯＰＢレベル供給部２１０は、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から取得したＯＰＢ１レベルと、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から取得したＯＰＢ２レベルに基づき、信号が読み出される画素の位置に応じて変化する推定ＯＰＢレベルを生成し、ＣＤＳ部２００は、有効画素領域１００Ｅから信号を読み出すタイミングに合わせて出力された推定ＯＰＢレベルを、有効画素領域１００Ｅから読み出された信号から減算する。【選択図】        図３
2010093753.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光が入射され、入射された光を電気信号に変換する有効画素領域、及び前記有効画素領域の周囲に配置される遮光されたオプティカルブラック領域を有した画素部と、
前記有効画素領域の周囲に配置された前記オプティカルブラック領域に対して、所定のオプティカルブラック領域の近くに配置され、前記画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、
前記光通信部が近接配置された前記オプティカルブラック領域から暗電流に応じた暗電流レベルを取得し、取得した暗電流レベルに基づき、信号が読み出される画素の位置に応じて変化する推定暗電流レベルを生成し、前記有効画素領域から信号を読み出すタイミングに合わせて推定暗電流レベルを出力する暗電流レベル供給部と、
前記暗電流レベル供給部から推定暗電流レベルが供給され、前記有効画素領域から読み出された信号から、推定暗電流レベルを減算するノイズ補正部と
を備えた固体撮像素子。
【請求項２】
前記オプティカルブラック領域は、前記有効画素領域を挟んで一方の側に第１のオプティカルブラック領域が形成されると共に、他方の側に第２のオプティカルブラック領域が形成され、
前記光通信部は、前記第２のオプティカルブラック領域に対して前記第１のオプティカルブラック領域の近くに配置され、
前記暗電流レベル供給部は、前記第１のオプティカルブラック領域から暗電流に応じた第１の暗電流レベルを取得すると共に、前記第２のオプティカルブラック領域から暗電流に応じた第２の暗電流レベルを取得し、第１の暗電流レベルと第２の暗電流レベルに基づき、信号が読み出される画素の位置に応じて変化する推定暗電流レベルを生成し、前記有効画素領域から信号を読み出すタイミングに合わせて推定暗電流レベルを出力する
請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記暗電流レベル供給部は、前記第１のオプティカルブラック領域から取得した第１の暗電流レベルと、前記第２のオプティカルブラック領域から取得した第２の暗電流レベルの差に基づき、異なる推定暗電流レベルを生成する
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
単一または複数の前記光通信部が、前記第１のオプティカルブラック領域の近くで前記基板の周辺部に集合して配置される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項５】
単一の前記光通信部が、前記第１のオプティカルブラック領域の近くで前記基板の周辺部に分散して配置される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項６】
複数の前記光通信部が、前記第１のオプティカルブラック領域の近くで前記基板の周辺部に分散して集合配置される
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記有効画素領域と前記光通信部との間で、光の入出力を遮光する遮光部を、前記第１のオプティカルブラック領域上に配置した
請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項８】
光が入射され、入射された光を電気信号に変換する有効画素領域、及び前記有効画素領域の周囲に配置される遮光されたオプティカルブラック領域を有し、前記オプティカルブラック領域は、前記有効画素領域を挟んで一方の側に第１のオプティカルブラック領域が形成されると共に、他方の側に第２のオプティカルブラック領域が形成された画素部と、
前記第２のオプティカルブラック領域に対して前記第１のオプティカルブラック領域の近くに配置され、前記画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部と
を備えた固体撮像素子。
【請求項９】
入射された光を電気信号に変換する固体撮像素子及び前記固体撮像素子に光を入射させる光学素子を有した光学装置と、
前記光学装置が接続される信号処理装置を備え、
前記固体撮像素子は、
光が入射され、入射された光を電気信号に変換する有効画素領域、及び前記有効画素領域の周囲に配置される遮光されたオプティカルブラック領域を有した画素部と、
前記有効画素領域の周囲に配置された前記オプティカルブラック領域に対して、所定のオプティカルブラック領域の近くに配置され、前記画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、
前記光通信部が近接配置された前記オプティカルブラック領域から暗電流に応じた暗電流レベルを取得し、取得した暗電流レベルに基づき、信号が読み出される画素の位置に応じて変化する推定暗電流レベルを生成し、前記有効画素領域から信号を読み出すタイミングに合わせて推定暗電流レベルを出力する暗電流レベル供給部と、
前記暗電流レベル供給部から推定暗電流レベルが供給され、前記有効画素領域から読み出された信号から、推定暗電流レベルを減算するノイズ補正部とを備え、
前記信号処理装置は、
前記固体撮像素子の前記光通信部から出力される光信号が入力される光通信部と、
前記固体撮像素子に前記画素部からの信号の読み出しを制御する読み出し制御部と、
前記画素部から読み出されて前記固体撮像素子から光通信で入力される信号に処理を行う信号処理部とを備えた
信号処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光の像を電気信号に変換する固体撮像素子及びこの固体撮像素子を備えた信号処理システムに関する。詳しくは、固体撮像素子から読み出される画素信号を、光通信部で光信号により出力できるようにすると共に、固体撮像素子の有効画素領域で発生する暗電流成分を、オプティカルブラック領域の暗電流成分を利用することで、オプティカルブラック領域の近傍に配置された光通信部で発生する熱による変動を考慮して除去できるようにしたものである。
【背景技術】
【０００２】
回路基板の高速化、高集積化が進み、信号遅延、ＥＭＩの発生等の問題への対応が急務になってきている。電気配線により問題になっていた信号遅延、信号劣化、及び配線から放射される電磁干渉ノイズについて解決され、かつ高速伝送が可能である光配線技術が注目されている。
【０００３】
このような光配線技術を利用して、カメラ本体部に着脱可能に構成されたレンズに固体撮像素子を備えると共に、固体撮像素子から出力される信号を光でカメラ本体部に伝達できるようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
一方、固体撮像素子で発生する熱を抑えるために、画素出力の必要が無いタイミングでは出力部を駆動しないように電源供給を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１９６９７２号公報
【特許文献２】特開２００４−１１２４２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
光配線技術を利用することで、信号の高速伝送が可能である。しかし、特許文献１に記載の技術では、固体撮像素子が実装されている基板に発光素子が実装される構成が開示されるのみで、発光素子の配置について記載されていない。これにより、固体撮像素子と発光素子との位置関係に起因する熱に関する課題が解決されていない。
【０００７】
すなわち、固体撮像素子には、オプティカルブラック領域と称される遮光された領域が設けられ、オプティカルブラック領域で発生する暗電流成分を信号から除去することで、ノイズ除去を行っている。
【０００８】
固体撮像素子で発生する暗電流成分は、熱の影響で値が大きく変化する。このため、固体撮像素子に熱源となる発光素子を備えた構成では、熱の影響で暗電流成分にばらつきが生じ、黒浮きの発生等、画質の低下につながる可能性がある。
【０００９】
また、特許文献２に記載の技術のように、固体撮像素子が発生する熱ではなく、発光素子から発生する熱が固体撮像素子に与える影響について考慮されていない。
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、画素部から読み出される画素信号を、光通信部で発生する熱の影響を考慮して、光信号により高速伝送を可能とした固体撮像素子及びこの固体撮像素子を備えた信号処理システム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】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、光が入射され、入射された光を電気信号に変換する有効画素領域、及び有効画素領域の周囲に配置される遮光されたオプティカルブラック領域を有した画素部と、有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域に対して、所定のオプティカルブラック領域の近くに配置され、画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、光通信部が近接配置されたオプティカルブラック領域から暗電流に応じた暗電流レベルを取得し、取得した暗電流レベルに基づき、信号が読み出される画素の位置に応じて変化する推定暗電流レベルを生成し、有効画素領域から信号を読み出すタイミングに合わせて推定暗電流レベルを出力する暗電流レベル供給部と、暗電流レベル供給部から推定暗電流レベルが供給され、有効画素領域から読み出された信号から、推定暗電流レベルを減算するノイズ補正部とを備えたものである。
【００１２】
また、本発明の固体撮像素子は、光が入射され、入射された光を電気信号に変換する有効画素領域、及び有効画素領域の周囲に配置される遮光されたオプティカルブラック領域を有し、オプティカルブラック領域は、有効画素領域を挟んで一方の側に第１のオプティカルブラック領域が形成されると共に、他方の側に第２のオプティカルブラック領域が形成された画素部と、第２のオプティカルブラック領域に対して第１のオプティカルブラック領域の近くに配置され、画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部とを備えたものである。
【００１３】
本発明の信号処理システムは、上述した固体撮像素子を備えるものである。すなわち、入射された光を電気信号に変換する固体撮像素子及び固体撮像素子に光を入射させる光学素子を有した光学装置と、光学装置が接続される信号処理装置を備え、固体撮像素子は、光が入射され、入射された光を電気信号に変換する有効画素領域、及び有効画素領域の周囲に配置される遮光されたオプティカルブラック領域を有した画素部と、有効画素領域の周囲に配置されたオプティカルブラック領域に対して、所定のオプティカルブラック領域の近くに配置され、画素部から読み出される信号を、光信号に変換して出力する光通信部と、光通信部が近接配置されたオプティカルブラック領域から暗電流に応じた暗電流レベルを取得し、取得した暗電流レベルに基づき、信号が読み出される画素の位置に応じて変化する推定暗電流レベルを生成し、有効画素領域から信号を読み出すタイミングに合わせて推定暗電流レベルを出力する暗電流レベル供給部と、暗電流レベル供給部から推定暗電流レベルが供給され、有効画素領域から読み出された信号から、推定暗電流レベルを減算するノイズ補正部とを備え、信号処理装置は、固体撮像素子の光通信部から出力される光信号が入力される光通信部と、固体撮像素子に画素部からの信号の読み出しを制御する読み出し制御部と、画素部から読み出されて固体撮像素子から光通信で入力される信号に処理を行う信号処理部とを備えたものである。
【００１４】
本発明では、光通信部が近接配置された第１のオプティカルブラック領域で発生する暗電流に応じた第１の暗電流レベルと、第２のオプティカルブラック領域で発生する暗電流に応じた第２の暗電流レベルが取得される。
【００１５】
光通信部が近接配置された第１のオプティカルブラック領域は、光通信部で発生する熱の影響を受けることで、発生する暗電流が変化する。このため、光通信部が近接配置されたオプティカルブラック領域から取得される暗電流レベルは、光通信部で発生する熱の影響で変化する。
【００１６】
暗電流レベル供給部は、第１のオプティカルブラック領域から取得した第１の暗電流レベルと、第２のオプティカルブラック領域から取得した第２の暗電流レベルに基づき、信号が読み出される画素の位置に応じて変化する推定暗電流レベルを生成する。推定暗電流レベルは、第１の暗電流レベルを初期レベル、第２の暗電流レベルを終了レベルとして、第１の暗電流レベルと第２の暗電流レベルの差に従い変化する。
【００１７】
有効画素領域では、光通信部に近い側の画素から信号が読み出される。暗電流レベル供給部は、有効画素領域から信号を読み出すタイミングに合わせて、推定暗電流レベルを変化させる。
【００１８】
これにより、信号から減算される暗電流レベルは、信号が読み出される画素と、光通信部との位置関係に応じた熱の影響が考慮される。従って、有効画素領域内で熱の影響により暗電流レベルが異なる場合でも、画素の位置に応じて最適な暗電流レベルが信号から減算され、暗電流レベルが除去される。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の固体撮像素子によれば、オプティカルブラック領域の近くに、熱源となる光通信部を配置し、光通信部で発生する熱の影響で変化する暗電流レベルを利用して、信号から減算する暗電流レベルを、信号が読み出される画素の位置に応じて変える。
【００２０】
これにより、熱の影響による撮像画質の劣化を抑えることができる。また、光通信部を画素部の近くに配置可能として、配置の自由度を向上させることができる。
【００２１】
本発明の信号処理システムによれば、上述した固体撮像素子を備えることで、熱の影響による劣化が抑えられた画素信号を、光による高速伝送で信号処理装置に送り、画像データの信号処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の固体撮像素子、固体撮像素子を備えた光学装置、光学装置が接続される信号処理装置、光学装置と信号処理装置を備えた信号処理システムの実施の形態について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．本発明の概要
２．第１の実施の形態の固体撮像素子の構成例
３．有効画素領域における暗電流の推定方法
４．第１の実施の形態の固体撮像素子の動作例
５．光通信部の配置例
６．遮光部の配置例
７．固体撮像素子を備えた信号処理システムの構成例
８．信号処理システムにおける信号伝送の形態に応じた光通信部の実装形態例
９．光通信部の近くにオプティカルブラック領域を配置した固体撮像素子の効果例
【００２３】
＜１．本発明の概要＞
図１は、本発明の概要を示す機能ブロック図、図２は、本発明の背景となる比較例を示す機能ブロック図である。光電変換機能を有した固体撮像素子において、画素部から電気信号で読み出された画素信号を、光信号に変換して出力する構成を考える。
【００２４】
図２に示すように、画素部１０Ａの近傍に光通信部１１Ａを配置する例では、光通信部１１Ａの発熱により、光通信部１１Ａの近くの有効画素領域１００Ｅは熱を持ち、光が入射しなくとも発生する暗電流が増加する。一方、オプティカルブラック領域１０１は、光通信部１１Ａと有効画素領域１００Ｅを挟んで反対側にあるので、光通信部１１Ａの発熱による温度上昇の影響は小さく、暗電流の増加は殆どない。
【００２５】
固体撮像素子では、画素部１０Ａに光が入射されない状態でも生じる暗電流を補正するために、オプティカルブラック領域１０１で発生する暗電流を利用する。すなわち、オプティカルブラック領域１０１から取得した暗電流成分を、有効画素領域１００Ｅの信号から減算することで、暗電流の直流分の除去を行っている。
【００２６】
画素部１０Ａと光通信部１１Ａが近接配置された構成では、光通信部１１Ａ付近の有効画素と、光通信部１１Ａから離れた位置にある有効画素で、含まれる暗電流成分が異なる。
【００２７】
このため、画素部１０Ａと光通信部１１Ａが近接配置された構成で、オプティカルブラック領域１０１を利用して暗電流成分の除去を行うと、黒浮き等、撮像画素が劣化する可能性がある。
【００２８】
そこで、図１に示すような構成を提案する。図１では、光通信部１１Ａと有効画素領域１００Ｅの間に、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）を備える。光通信部１１Ａの発熱により、光通信部１１Ａの近くの有効画素領域１００Ｅは熱を持ち、暗電流が増加する。同様に、光通信部１１Ａと有効画素領域１００Ｅの間に配置される第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）も熱を持ち、暗電流が増加する。
【００２９】
光通信部１１Ａから離れる程、光通信部１１Ａの発熱の影響は小さくなり、有効画素領域１００Ｅにおける温度上昇も小さくなると想定される。これにより、有効画素領域１００Ｅを挟んで光通信部１１Ａと反対側にある第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）では、温度上昇の影響は小さく、暗電流の増加は殆ど無い。
【００３０】
そこで、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）と第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）における暗電流成分を利用し、各有効画素毎に暗電流成分を推定し、画素毎に減算する暗電流成分を変える。これにより、撮像画質の劣化を抑え、かつ、光通信部１１Ａを画素部１０Ａの近くに配置可能として、配置の自由度を向上させる。
【００３１】
＜２．第１の実施の形態の固体撮像素子の構成例＞
［固体撮像素子の全体構成］
図３は、第１の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す構成図、図４及び図５は、第１の実施の形態の固体撮像素子を実現する機能の一例を示す機能ブロック図である。
【００３２】
第１の実施の形態の固体撮像素子１Ａは、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ、またはＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサで構成され、本例では、ＣＭＯＳイメージセンサを例に説明する。
【００３３】
固体撮像素子１Ａは、光を電気信号に変換して出力する画素部１０Ａを備える。画素部１０Ａは、光を電気に変換する画素１００が２次元または１次元に配列される。画素部１０Ａは、有効画素領域１００Ｅと、有効画素領域１０１Ｅの周囲に形成されるオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１〜ＯＰＢ４）を備える。有効画素領域１００Ｅは、画素１００に光が入射するように構成された領域で、有効画素領域１００Ｅにある画素（有効画素）１００に光が入射すると、入射した光の強度に応じた電気信号が出力される。
【００３４】
オプティカルブラック領域１０１は、画素１００に光が入射しないように遮光された領域である。オプティカルブラック領域１０１は、光は入射しないが、暗電流が発生する。画素部１０Ａは、四角形の４辺に沿ってオプティカルブラック領域が形成され、１の辺に第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）が形成される。また、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）に対向する辺に第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）が形成される。
【００３５】
更に、画素部１０Ａは、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）と直交する辺に第３のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ３）が形成される。また、第３のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ３）に対向する辺に第４のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ４）が形成される。
【００３６】
固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａから出力される電気信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１２Ａと、Ａ／Ｄ変換部１２Ａでディジタル化された電気信号を、光信号に変換して出力する光通信部１１Ａを備える。
【００３７】
光通信部１１Ａは、電気信号を光信号に変換する光出力部を、１個または複数備える。光通信部１１Ａは、光出力部の第１の実施の形態として、電圧の印加で発光する例えば半導体レーザ（ＬＤ）等の自発光型の発光素子を有する。半導体レーザ等の発光素子は、印加される電圧の変化等による電気信号で光の変調が可能である。これにより、光通信部１１Ａは、自発光する光を、Ａ／Ｄ変換部１２Ａでディジタル信号に変換された電気信号に基づき変調することで、画素部１０Ａから読み出される画素データに基づく信号光Ｌｓを出力する。
【００３８】
また、光通信部１１Ａは、光出力部の第２の実施の形態として、外部から入力されて透過または反射する光を、電圧の変化等による電気信号に基づいて外部変調する光変調器を有する。光通信部１１Ａでは、外部からの一定の光が光変調器入力されると共に、Ａ／Ｄ変換部１２Ａでディジタル信号に変換された電気信号が光変調器に入力される。これにより、光通信部１１Ａは、外部から入力された光を、Ａ／Ｄ変換部１２Ａから入力された電気信号に基づいて変調することで、画素部１０Ａから読み出される画素データに基づく信号光Ｌｓを出力する。
【００３９】
固体撮像素子１Ａは、光通信部１１Ａが第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）に近接して配置される。ここでの近接とは、光通信部１１Ａが駆動されることで発生する熱が画素部１０Ａに伝搬され、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）で発生する暗電流が変化するような位置関係である。一方、光通信部１１Ａは、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）とは離間して配置される。ここでの離間とは、光通信部１１Ａが駆動されることで発生する熱が画素部１０Ａに伝搬されても、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）で発生する暗電流が実質的に変化しないような位置関係である。または、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）に比べれば、暗電流の変化が小さいような位置関係である。
【００４０】
固体撮像素子１Ａは、画素信号を読み出す画素１００をＸＹアドレス方式で選択する垂直走査回路１０２及び水平走査回路１０３を備える。垂直走査回路（Row Decoder/Driver）１０２は、画素部１０Ａの行方向において画素信号を読み出す画素１００を選択する。また、動作モード毎に行の選択パターンを生成して、生成された選択パターンに基づき画素信号を読み出す画素１００を選択しても良い。
【００４１】
水平走査回路（Column Decoder/Driver）１０３は、画素部１０Ａの列方向において画素信号を読み出す画素１００を選択する。また、動作モード毎に列の選択パターンを生成して、生成された選択パターンに基づき画素信号を読み出す画素１００を選択しても良い。更に、水平方向の画素加算等の演算を行って、各画素１００から出力された信号の並びを並列直列変換する。
【００４２】
固体撮像素子１Ａは、画素信号からノイズを除去するカラム（Column）ＣＤＳ回路１０４を備える。ＣＤＳ（Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング）回路とは、信号の中に含まれる基準（リセット）レベルとデータレベルをサンプリングし、減算を行って差分を算出する動作を行う回路である。カラムＣＤＳ回路１０４は、画素部１０Ａから画素信号を出力する列信号線１０５に接続されたＣＤＳ部２００で、画素１００毎に増幅等のばらつきを除去する。カラムＣＤＳ回路１０４では、回路内部でアナログ信号のまま処理が行われる。
【００４３】
固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａに光が入射されない状態で生じる暗電流を補正するために、オプティカルブラック領域１０１で発生する暗電流を利用する。ＣＤＳ部２００は、オプティカルブラック領域１０１から取得した暗電流成分を、有効画素領域１００Ｅの信号から減算することで、暗電流の直流分の除去を行っている。
【００４４】
固体撮像素子１Ａは、ＣＤＳ部２００に暗電流成分であるＯＰＢレベルを供給するＯＰＢレベル供給部２１０を備える。ＯＰＢレベル供給部２１０は、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から暗電流成分を電圧値として取得する。また、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から暗電流成分を電圧値として取得する。そして、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）と第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）における暗電流成分を利用して、画素１００毎に暗電流レベルを生成する。なお、ＣＤＳ部２００とＯＰＢレベル供給部２１０の詳細は後述する。
【００４５】
図６及び図７では、各画素の構成と画素信号の読み出し構成を示し、図６は、画素アレイの具体例を示す回路構成図、図７は、各画素の構造モデル例を示す断面構造図である。画素１００は、光を電気（信号電荷）に変換するフォトダイオード（ＰＤ）１０６と、電気信号を増幅するＦＤアンプ１０７と、行選択スイッチを構成する行選択トランジスタ（Ｔｒ）１０８を備える。各画素１００は、垂直走査回路１０２により行選択線１０９で行選択トランジスタ１０８のオンとオフが切り替えられ、ＦＤアンプ１０７で増幅された電気信号が列信号線１０５に出力される。
【００４６】
ＦＤアンプ１０７は、電荷検出部（ＦＤ）１１０と、リセットトランジスタ１１１と、増幅トランジスタ１１２を備え、蓄積期間の間に光電変換された電荷の増幅機能を持つ。すなわち、ＦＤアンプ１０７は、蓄積期間が完了すると、信号を出力する前に電荷検出部１１０がリセットゲート（Ｒｓｔ）を構成するリセット線１１３でリセットされる。リセットされた電荷検出部１１０の電圧が、増幅トランジスタ１１２のゲートに接続されているので、信号の無い状態であるリセットレベルが、増幅トランジスタ１１２のソースから列信号線１０５に出力される。
【００４７】
その直後にフォトダイオード１０６から読み出しゲート（Ｒｄ）を構成する行読み出し線１１４により電荷検出部１１０に信号電荷が読み出され、転送を終えてから行読み出し線１１４が閉じられると、電荷検出部１１０の電圧が、フォトダイオード１０６に入射した光の強さに相当する分変化するので、信号のある状態であるデータレベルが、増幅トランジスタ１１２から列信号線１０５に出力される。
【００４８】
なお、図７に示すフォトダイオード１０６は、Ｎ層領域１０６ａの表面にＰ層領域１０６ｂが形成される埋め込みフォトダイオードと称される構成で、Ｐ層領域１０６ｂが暗電流の発生を抑制し、暗電流によるＦＰＮ（Fixed Pattern Noise）が改善されている。
【００４９】
上述したように、有効画素領域１００Ｅでは、光電変換によって得られた電流成分がＦＤアンプ１０７により増幅されて電圧値として列信号線１０５から出力される。一方、オプティカルブラック領域１０１においては、暗電流がＦＤアンプ１０７により増幅されて、列信号線１０５から電圧として出力される。
【００５０】
このオプティカルブラック領域１０１において、ＦＤアンプ１０７を経て列信号線１０５から得られる暗電流レベルを、ＯＰＢレベルと称す。ＯＰＢレベルは、暗電流成分がＦＤアンプにより増幅された値で、電圧として出力される。
【００５１】
図８は、画素部からから出力される信号の波形の一例を示すグラフである。図８では、有効画素領域から出力されるデータレベルと、暗電流成分が大きいオプティカルブラック領域から出力される暗電流レベルと、暗電流成分が小さいオプティカルブラック領域から出力される暗電流レベルと、リセットレベルを、模式的に比較している。図８に示すように、有効画素領域１００Ｅにおいて光電変換で得られるデータレベルＳ_DATAの出力に比べて、リセットレベルＳ_Rstの出力は大きな値である。つまり、画素部１０Ａで発生する電流値が大きいと、電圧値はより小さな値として列信号線１０５に出力される。このため、オプティカルブラック領域１０１では、暗電流成分が大きい程、ＯＰＢレベルは小さい値をとるように出力される。上述したように、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）は、光通信部１１Ａで発生する熱の影響で暗電流成分が増加する。暗電流成分が大きい程、ＦＤアンプ１０７から出力されるＯＰＢレベルは小さい値となる。このため、図８では、暗電流成分が大きいオプティカルブラック領域が、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）となり、暗電流成分が小さいオプティカルブラック領域が、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）となる。そして、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から出力されるＯＰＢ１レベルＶ１と、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から出力されるＯＰＢ２レベルＶ２の関係は、通常、ＯＰＢ１レベルＶ１＜ＯＰＢ２レベルＶ２となる。上述したように、暗電流成分が小さいと、ＦＤアンプ１０７から出力されるＯＰＢレベルは大きい値となり、リセットレベルＳ_Rstからの差分電圧は小さくなる。暗電流成分が大きい程、ＯＰＢレベルは小さい値となり、リセットレベルＳ_Rstからの差分電圧は大きくなる。本例では、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２を利用して求めた推定ＯＰＢレベルとリセットレベルＳ_Rstとの差分電圧が、データレベルＳ_DATAから減算される。
【００５２】
固体撮像素子１Ａは、動作モードに応じた駆動クロック（ＣＬＫ）を生成し、画素部１０Ａ、Ａ／Ｄ変換部１２Ａ及び光通信部１１Ａの各機能ブロックに供給するタイミングジェネレータ（ＴＧ）１３Ａを備える。また、固体撮像素子１Ａは、制御信号等の入出力が行われる制御Ｉ／Ｏ１４Ａと、電源を供給するＤＣ−ＤＣ部１５Ａと、画素データの読み出しを制御する制御部１６Ａを備える。制御部１６ＡとＤＣ−ＤＣ部１５Ａとタイミングジェネレータ１３Ａは、バス１７に接続されて、制御信号やデータの送受が行われる。
【００５３】
制御部１６Ａは、ＤＣ−ＤＣ部１５Ａを制御して、固体撮像素子１Ａの電源の供給を制御する。また、制御部１６Ａは、駆動クロックをタイミングジェネレータ１３Ａで生成して画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１２Ａと光通信部１１Ａに供給し、駆動クロックに同期させて画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１２Ａと光通信部１１Ａを動作させる。
【００５４】
固体撮像素子１Ａは、図３に示すように、垂直走査回路１０２と水平走査回路１０３がバス１７に接続される。そして、タイミングジェネレータ１３Ａで生成される駆動クロックφｈが水平走査回路１０３とカラムＣＤＳ回路１０４に供給される。また、駆動クロックφＡＤＣがＡ／Ｄ変換部１２Ａに供給される。更に、駆動クロックφＯｐｔが光通信部１１Ａに供給される。
【００５５】
画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１２Ａと光通信部１１Ａは、タイミングジェネレータ１３Ａから供給される駆動クロックで、信号の入出力を同期させる。画素部１０Ａでは、入射される光の像に応じた画素データが、電気信号として読み出される。Ａ／Ｄ変換部１２Ａでは、画素部１０Ａから読み出された画素データが入力され、ディジタル信号に変換されて出力される。光通信部１１Ａでは、画素部１０Ａから読み出され、Ａ／Ｄ変換部１２Ａでディジタル信号に変換された電気信号が入力され、画素データに基づく光信号に変換されて、信号光Ｌｓが出力される。
【００５６】
固体撮像素子１Ａは、画素部１０Ａと、Ａ／Ｄ変換部１２Ａと、光通信部１１Ａと、タイミングジェネレータ１３Ａと、ＤＣ−ＤＣ部１５Ａと、制御部１６Ａが、シリコン（Ｓｉ）で構成される基板１８上に集積形成される。固体撮像素子１Ａは、半導体の製造プロセスを利用してこれら構成要素が集積形成されて１チップ化されている。
【００５７】
［ＣＤＳ部の構成例］
図９は、ＣＤＳ部の一例を示す機能ブロック図である。ＣＤＳ部２００はノイズ補正部の一例で、画素部１０Ａから読み出された画素信号Ｓと、タイミングジェネレータ１３Ａで生成した値保持タイミングパルスＰが入力される。
【００５８】
ＣＤＳ部２００は、画素部１０Ａから読み出されたデータレベルＳ_DATAを保持する第１の値保持部２０１と、画素部１０Ａから読み出されたリセットレベルＳ_Rstを保持する第２の値保持部２０２を備える。第１の値保持部２０１は、データ読み出しパルスＰ_DATAのタイミングで、データレベルＳ_DATAが保持される。第２の値保持部２０２は、リセットパルスＰ_Rstのタイミングで、リセットレベルＳ_Rstが保持される。
【００５９】
第１の値保持部２０１は、信号が読み出される画素１００毎に変えられたＯＰＢレベルが、データ読み出しパルスＰ_DATAのタイミングでＯＰＢレベル供給部２１０からＯＰＢレベルが供給される。第１の値保持部２０１は、信号が読み出される画素１００の位置毎に変えられたＯＰＢレベルを減算したデータレベルＳ_DATAが保持される。
【００６０】
ＣＤＳ部２００は、減算部２０３を備える。減算部２０３は、第１の値保持部２０１に保持されたデータレベルＳ_DATAから、第２の値保持部２０２に保持されたリセットレベルＳ_Rstの減算を行う。第１の値保持部２０１に保持されたデータレベルＳ_DATAは、上述したようにＯＰＢレベルが除去されており、ＣＤＳ部２００は、画素信号として、ＯＰＢレベルとリセットレベルＳ_Rstが除去された差分を算出する。
【００６１】
これにより、ＣＤＳ部２００は、ＯＰＢレベルとリセットレベルが除去されることで、ノイズが抑圧された画素信号をＡ／Ｄ変換部１２Ａに出力する。
【００６２】
［ＯＰＢレベル供給部の構成例］
図１０は、ＯＰＢレベル供給部の一例を示す機能ブロック図である。ＯＰＢレベル供給部２１０は暗電流レベル供給部の一例で、所定のオプティカルブラック領域１０１から入力されたＯＰＢレベルに基づいて、信号が読み出される画素の位置に応じた推定ＯＰＢレベルＶ_OPBを生成するＯＰＢレベル生成部２１１を備える。
【００６３】
また、ＯＰＢレベル供給部２１０は、ＯＰＢレベルが入出力されるＯＰＢレベル生成部２１１を選択するＯＰＢ出力選択部２１２を備える。更に、ＯＰＢレベル供給部２１０は、ＯＰＢ出力選択部２１２で選択されたＯＰＢレベル生成部２１１から推定ＯＰＢレベルＶ_OPBを出力するＯＰＢレベル出力部２１３を備える。
【００６４】
図１１は、ＯＰＢ出力選択部の一例を示す機能ブロック図である。ＯＰＢ出力選択部２１２は、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から取得される第１の暗電流レベルであるＯＰＢ１レベルＶ１が入力される。また、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から取得される第２の暗電流レベルであるＯＰＢ２レベルＶ２が入力される。
【００６５】
ＯＰＢ出力選択部２１２は、入力されるＯＰＢレベルに基づいて、ＯＰＢレベルを入力するＯＰＢレベル生成部２１１を判断する判断部２１２ａを備える。また、ＯＰＢ出力選択部２１２は、入力されるＯＰＢ１レベルＶ１及びＯＰＢ２レベルＶ２と、選択すべきＯＰＢレベル生成部２１１が対応付けられたテーブルである値参照部２１２ｂを備える。更に、ＯＰＢ出力選択部２１２は、判断部２１２ａで判断されたＯＰＢレベル生成部２１１を選択する選択部２１２ｃを備える。
【００６６】
図１２は、値参照部の一例を示す説明図である。値参照部２１２ｂは、ＯＰＢ１レベルＶ１及びＯＰＢ２レベルＶ２と、初期レベルの出力先として選択すべきレベル生成部番号と、終了レベルの出力先として選択すべきレベル生成部番号が記憶される。
【００６７】
図１３は、ＯＰＢレベル生成部の一例を示す機能ブロック図である。ＯＰＢレベル生成部２１１は、入力されるＯＰＢレベルを保持する値保持部２１１ａを備える。値保持部２１１ａは、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から入力されたＯＰＢ１レベルＶ１、または、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から入力されたＯＰＢ２レベルＶ２を保持する。
【００６８】
ＯＰＢレベル生成部２１１は、値保持部２１１ａに保持されたＯＰＢレベルから、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBを生成する値生成部２１１ｂを備える。値生成部２１１ｂは、例えば、図１０に示すように、抵抗ＲとコンデンサＣにより規定される時定数をもったローパスフィルタで構成され、ＲＣの値によって所望の波形が生成される。
【００６９】
ＯＰＢレベル生成部２１１は、値生成部２１１ｂで生成された推定ＯＰＢレベルＶ_OPBを出力する値出力部２１１ｃを備える。
【００７０】
ＯＰＢレベル供給部２１０は、値生成部２１１ｂを有しない第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）と、所望の特性の値生成部２１１ｂを有した第２のＯＰＢレベル生成部２１１（２）を備える。また、ＯＰＢレベル供給部２１０は、特性の異なる値生成部２１１ｂを有した単数または複数のＯＰＢレベル生成部２１１を備えても良い。本例では、第２のＯＰＢレベル生成部２１１（２）と特性の異なる値生成部２１１ｂを有した第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）を備える。
【００７１】
第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から入力されたＯＰＢ１レベルＶ１がｖ１、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から入力されたＯＰＢ２レベルＶ２がｖ１で、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２が等しい場合がある。
【００７２】
ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２が等しい場合、ＯＰＢ出力選択部２１２は、図１２に示す値参照部２１２ｂに従い、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２を保持するＯＰＢレベル生成部として、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）を選択する。
【００７３】
ＯＰＢ出力選択部２１２は、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２が等しいので、例えば、ＯＰＢ１レベルＶ１を第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に保持する。そして、ＯＰＢレベルを出力するＯＰＢレベル生成部を、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に固定する。
【００７４】
これにより、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に保持されたＯＰＢ１レベルＶ１が、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの初期レベルとなり、かつ、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBがＯＰＢ１レベルＶ１（＝ｖ１）に固定される。
【００７５】
ＯＰＢ１レベルＶ１がｖ２、ＯＰＢ２レベルＶ２がｖ１（ｖ２＜ｖ１）である場合、ＯＰＢ出力選択部２１２は、ＯＰＢ１レベルＶ１を保持するＯＰＢレベル生成部として、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）を選択する。また、ＯＰＢ２レベルＶ２を保持するＯＰＢレベル生成部として、第２のＯＰＢレベル生成部２１１（２）を選択する。
【００７６】
ＯＰＢ出力選択部２１２は、ＯＰＢ１レベルＶ１を第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に保持する。また、ＯＰＢ２レベルＶ２を第２のＯＰＢレベル生成部２１１（２）に保持する。そして、ＯＰＢ出力選択部２１２は、ＯＰＢレベルを出力するＯＰＢレベル生成部を、画素部１０Ａからの信号の読み出しのタイミングに合わせて、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）から第２のＯＰＢレベル生成部２１１（２）に切り替える。
【００７７】
これにより、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に保持されたＯＰＢ１レベルＶ１が、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの初期レベルとなる。また、第２のＯＰＢレベル生成部２１１（２）に保持されたＯＰＢ２レベルＶ２が、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの終了レベルとなる。推定ＯＰＢレベルＶ_OPBは、値生成部２１１ｂの特性によって、ＯＰＢ１レベルＶ１（＝ｖ２）とＯＰＢ２レベルＶ２（＝ｖ１）の間で変化する。
【００７８】
ＯＰＢ１レベルＶ１がｖ３、ＯＰＢ２レベルＶ２がｖ１（ｖ３＜ｖ２）である場合、ＯＰＢ出力選択部２１２は、ＯＰＢ１レベルＶ１を保持するＯＰＢレベル生成部として、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）を選択する。また、ＯＰＢ２レベルＶ２を保持するＯＰＢレベル生成部として、第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）を選択する。
【００７９】
ＯＰＢ出力選択部２１２は、ＯＰＢ１レベルＶ１を第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に保持する。また、ＯＰＢ２レベルＶ２を第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）に保持する。そして、ＯＰＢ出力選択部２１２は、ＯＰＢレベルを出力するＯＰＢレベル生成部を、画素部１０Ａからの信号の読み出しのタイミングに合わせて、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）から第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）に切り替える。
【００８０】
これにより、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に保持されたＯＰＢ１レベルＶ１が、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの初期レベルとなる。また、第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）に保持されたＯＰＢ２レベルＶ２が、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの終了レベルとなる。推定ＯＰＢレベルＶ_OPBは、値生成部２１１ｂの特性によって、ＯＰＢ１レベルＶ１（＝ｖ３）とＯＰＢ２レベルＶ２（＝ｖ１）の間で変化する。
【００８１】
図１４は、推定ＯＰＢレベルの波形の一例を示すグラフである。ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２の差が小さい場合、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBは、図１４（ａ）に示すように、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２の間で例えば線形で補間される。一方、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２の差が大きい場合、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBは、図１４（ｂ）に示すように、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２の間で非線形で補間される。例えば、ＯＰＢ１レベルＶ１近傍で急峻に立ち上がるような非線形で補間される。
【００８２】
ＯＰＢレベル供給部２１０は、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２の差が小さい場合は、ＯＰＢ１レベルＶ１を第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に保持し、ＯＰＢ２レベルＶ２を第２のＯＰＢレベル生成部２１１（２）に保持する。第２のＯＰＢレベル生成部２１１（２）は、図１４（ａ）に示すような波形が得られるように、値生成部２１１ｂが構成される。
【００８３】
また、ＯＰＢレベル供給部２１０は、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２の差が大きい場合は、ＯＰＢ１レベルＶ１を第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に保持し、ＯＰＢ２レベルＶ２を第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）に保持する。第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）は、図１４（ｂ）に示すような波形が得られるように、値生成部２１１ｂが構成される。
【００８４】
これにより、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２の差に基づいてＯＰＢレベル生成部２１１が選択され、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２の差に基づいて推定ＯＰＢレベルＶ_OPBが生成される。
【００８５】
＜３．有効画素領域における暗電流の推定方法＞
次に、オプティカルブラック領域における暗電流から、有効画素領域の任意の位置の画素における暗電流を推定する方法について説明する。
【００８６】
［垂直方向の線形補間］
図１５は、有効画素領域において暗電流を推定する画素とオプティカルブラック領域の垂直方向の関係を示す説明図である。有効画素領域１００Ｅの垂直（Ｖ）方向の長さをＶLとする。また、有効画素領域１００Ｅの水平（Ｈ）方向の長さをＨLとする。
【００８７】
第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の位置ｘにおける平均暗電流をＩOPB1（ｘ）とする。また、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）の位置ｘにおける平均暗電流をＩOPB2（ｘ）とする。
【００８８】
以上のように平均暗電流ＩOPB1（ｘ）とＩOPB2（ｘ）を定義した場合に、有効画素領域１００Ｅの位置（ｘ、ｙ）に存在する画素１００の暗電流ＩDARK（ｘ，ｙ）は、以下の（１）式から推定できる。
【００８９】
【数１】
2010093753.tif 000003
【００９０】
［水平方向の線形補間］
図１６は、有効画素領域において暗電流を推定する画素とオプティカルブラック領域の水平方向の関係を示す説明図である。有効画素領域１００Ｅの垂直（Ｖ）方向の長さをＶLとする。また、有効画素領域１００Ｅの水平（Ｈ）方向の長さをＨLとする。
【００９１】
第３のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ３）の位置ｙにおける平均暗電流をＩOPB3（ｙ）とする。また、第４のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ４）の位置ｙにおける平均暗電流をＩOPB4（ｙ）とする。
【００９２】
以上のように平均暗電流ＩOPB3（ｙ）とＩOPB4（ｙ）を定義した場合に、有効画素領域１００Ｅの位置（ｘ、ｙ）に存在する画素１００の暗電流ＩDARK（ｘ，ｙ）は、以下の（２）式から推定できる。
【００９３】
【数２】
2010093753.tif 000004
【００９４】
［垂直、水平方向の線形補間の重み付け和］
図１７は、有効画素領域において暗電流を推定する画素とオプティカルブラック領域の垂直及び水平方向の関係を示す説明図である。有効画素領域１００Ｅの垂直（Ｖ）方向の長さをＶLとする。また、有効画素領域１００Ｅの水平（Ｈ）方向の長さをＨLとする。
【００９５】
第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の位置ｘにおける平均暗電流をＩOPB1（ｘ）とする。また、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）の位置ｘにおける平均暗電流をＩOPB2（ｘ）とする。
【００９６】
第３のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ３）の位置ｙにおける平均暗電流をＩOPB3（ｙ）とする。また、第４のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ４）の位置ｙにおける平均暗電流をＩOPB4（ｙ）とする。
【００９７】
以上のように平均暗電流ＩOPB1（ｘ）、ＩOPB2（ｘ）と、ＩOPB3（ｙ）、ＩOPB4（ｙ）を定義した場合に、垂直方向の傾きは、以下の（３）式で求められる。また、水平方向の傾きは、以下の（４）式で求められる。更に、有効画素領域１００Ｅの位置（ｘ、ｙ）に存在する画素１００の暗電流ＩDARK（ｘ，ｙ）は、以下の（５）式から推定できる。
【００９８】
【数３】
2010093753.tif 000005
【００９９】
（５）式では、垂直方向と水平方向の傾きの大きさに応じて、垂直方向と水平方向の補間値の重みが決定される。
【０１００】
＜４．第１の実施の形態の固体撮像素子の動作例＞
図１８は、第１の実施の形態の固体撮像素子の処理の一例を示すフローチャート、図１９から図２３は、第１の実施の形態の固体撮像素子の処理の一例を示す動作説明図であり、次に、各図を参照して、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBを生成する処理について説明する。
【０１０１】
ＯＰＢレベル供給部２１０は、ステップＳ１の処理で、画素部１０Ａのオプティカルブラック領域１０１からＯＰＢレベルを取得する。ステップＳ１の処理では、図１９に示すように、ＯＰＢ出力選択部２１２は、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から、ＯＰＢ１レベルＶ１を取得する。また、ＯＰＢ出力選択部２１２は、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から、ＯＰＢ２レベルＶ２を取得する。
【０１０２】
ＯＰＢ出力選択部２１２は、ステップＳ２の処理で、所定のオプティカルブラック領域１０１から取得したＯＰＢレベルに基づき、ＯＰＢレベルの補間に最適なＯＰＢレベル生成部２１１を選択する。
【０１０３】
ステップＳ２の処理では、ＯＰＢ出力選択部２１２は、取得したＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２で、判断部２１２ａが図１２で説明した値参照部２１２ｂを参照する。
【０１０４】
判断部２１２ａは、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から取得したＯＰＢ１レベルＶ１に基づいて、初期レベルの出力先として選択すべきＯＰＢレベル生成部２１１を決定する。また、判断部２１２ａは、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から取得したＯＰＢ２レベルＶ２に基づいて、終了レベルの出力先として選択すべきＯＰＢレベル生成部２１１を決定する。
【０１０５】
本例では、ＯＰＢ１レベルＶ１の出力先として、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）が選択され、ＯＰＢ２レベルＶ２の出力先として、第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）が選択されるものとする。
【０１０６】
ＯＰＢ出力選択部２１２は、ステップＳ３の処理で、図２０に示すように、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から取得したＯＰＢ１レベルＶ１を、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に設定する。
【０１０７】
ステップ３の処理では、ＯＰＢ出力選択部２１２は、判断部２１２ａでＯＰＢ１レベルＶ１の出力先に決定された第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）が選択部２１２ｃで選択され、ＯＰＢ１レベルＶ１が第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に供給される。
【０１０８】
第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）は、ＯＰＢ出力選択部２１２から供給されたＯＰＢ１レベルＶ１を、値保持部２１１ａに保持する。
【０１０９】
ＯＰＢ出力選択部２１２は、ステップＳ４の処理で、図２１に示すように、第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から取得したＯＰＢ２レベルＶ２を、第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）に設定する。
【０１１０】
ステップ４の処理では、ＯＰＢ出力選択部２１２は、判断部２１２ａでＯＰＢ２レベルＶ２の出力先に決定された第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）が選択部２１２ｃで選択され、ＯＰＢ２レベルＶ２が第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）に供給される。
【０１１１】
第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）は、ＯＰＢ出力選択部２１２から供給されたＯＰＢ２レベルＶ２を、値保持部２１１ａに保持する。
【０１１２】
ＯＰＢ出力選択部２１２は、ステップＳ５の処理で、図２２に示すように、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）とＯＰＢレベル出力部２１３を接続する。ステップＳ５の処理では、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）は、値保持部２１１ａに保持されたＯＰＢ１レベルＶ１を、値出力部２１１ｃによりＯＰＢレベル出力部２１３に出力する。
【０１１３】
第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）は、値生成部２１１ｂを有していないので、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から供給されたＯＰＢ１レベルＶ１が、値保持部２１１ａからそのまま出力される。
【０１１４】
これにより、ＯＰＢレベル供給部２１０は、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの初期レベルとして、ＯＰＢ１レベルＶ１がＣＤＳ部２００に出力される。
【０１１５】
ＯＰＢ出力選択部２１２は、画素部１０Ａで各行の読み出しが開始されると、ステップＳ６の処理で、図２３に示すように、第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）とＯＰＢレベル出力部２１３を接続する。
【０１１６】
ステップＳ６の処理では、第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）は、値保持部２１１ａに保持されたＯＰＢ２レベルＶ２から、値生成部２１１ｂで推定ＯＰＢレベルＶ_OPBを生成し、値出力部２１１ｃによりＯＰＢレベル出力部２１３に出力する。
【０１１７】
図２４は、推定ＯＰＢレベルの波形の具体例を示すグラフである。ＯＰＢレベル供給部２１０は、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）に保持されたＯＰＢ１レベルＶ１が、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの初期レベルとなる。また、本動作例では、第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）に保持されたＯＰＢ２レベルＶ２が、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの終了レベルとなる。
【０１１８】
推定ＯＰＢレベルＶ_OPBは、第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）の値生成部２１１ｂの特性によって、ＯＰＢ１レベルＶ１とＯＰＢ２レベルＶ２の間で変化する。第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）は、画素部１０Ａにおいて、有効画素領域１００Ｅのｉ行目の読み出しが行われるタイミングで、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBがｉ行目の推定値と等しくなるように、値生成部２１１ｂが構成される。
【０１１９】
ＣＤＳ部２００の動作と共に具体的に説明すると、画素部１０Ａの有効画素領域１００Ｅにおいて、１行目のリセットレベルＳ_Rstが読み出され、ＣＤＳ部２００の第２の値保持部２０２で保持される。次に、１行目のデータレベルＳ_DATAが読み出され、ＣＤＳ部２００の第１の値保持部２０１で保持される。
【０１２０】
ＯＰＢレベル供給部２１０は、１行目のデータレベルＳ_DATAが読み出されるタイミングで、ＯＰＢレベルを出力するＯＰＢレベル生成部を、第１のＯＰＢレベル生成部２１１（１）から、本例では第３のＯＰＢレベル生成部２１１（３）に切り替える。
【０１２１】
これにより、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの初期レベルとして、ＯＰＢ１レベルＶ１がＣＤＳ部２００に出力される。そして、１行目から読み出しが開始されると、例えば、図２４に示すように、信号が読み出される画素１００の位置に従って変わる推定ＯＰＢレベルＶ_OPBがＣＤＳ部２００に出力される。
【０１２２】
ＣＤＳ部２００では、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBを減算したデータレベルＳ_DATAが、第１の値保持部２０１で保持される。
【０１２３】
有効画素領域１００Ｅの１行目付近は、本例の構成では、光通信部１１Ａが近くに配置されている。このため、光通信部１１Ａで発生する熱の影響を受け、暗電流が増加する可能性がある。
【０１２４】
そこで、有効画素領域１００Ｅの１行目から読み出しを開始する際に、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBの初期レベルをＯＰＢ１レベルＶ１に設定し、１行目から読み出しが開始されると、信号を読み出すタイミングに合わせて、推定ＯＰＢレベルＶ_OPBを変化させる。
【０１２５】
ＯＰＢ１レベルＶ１は、光通信部１１Ａに近く熱の影響を受ける第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）から取得した値である。一方、ＯＰＢ２レベルＶ２は、光通信部１１Ａから遠く熱の影響を受けにくい第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）から取得した値である。
【０１２６】
推定ＯＰＢレベルＶ_OPBは、上述した（１）式〜（５）式等を利用して、画素の位置と暗電流の関係から、画素の位置に基づき推定した値が得られるように、ＯＰＢ１レベルＶ１からＯＰＢ２レベルＶ２まで変化する。
【０１２７】
これにより、光通信部１１Ａで発生する熱の影響に応じてＯＰＢレベルを変化させて、データレベルから減算することができ、熱の影響を排除した出力を得ることができる。
【０１２８】
＜５．光通信部の配置例＞
［光通信部の配置例］
図２５は、単一の伝送チャネルを実現する光通信部の配置例を示す模式的な平面図である。また、図２６〜図２８は、複数の伝送チャネルを実現する光通信部の配置例を示す模式的な平面図である。
【０１２９】
固体撮像素子１Ａは、図２５に示すように、１個の光出力部１２０Ａを有した光通信部１１Ａを１個備えることで、光による信号伝送を１本のチャネルで行う構成となる。また、固体撮像素子１Ａは、図２６及び図２７に示すように、複数の光出力部１２０Ａがアレイ化された光通信部１１Ａを１個または複数備えることで、光による信号伝送を複数のチャネルで行う構成となる。更に、図２８に示すように、１個の光出力部１２０Ａを有した光通信部１１Ａを複数備えることでも、光による信号伝送を複数のチャネルで行う構成となる。
【０１３０】
固体撮像素子１Ａは、Ａ／Ｄ変換部１２Ａから出力される例えばｎビット（ｎ＞１）のディジタル信号をシリアル伝送する構成では、光による信号伝送を、１本のチャネルで行うことが可能となる。
【０１３１】
例えば、データ信号に同期信号とクロック信号が重畳されてシリアル化されたディジタル信号を生成することで、１本のチャネルで信号伝送が可能となる。これにより、固体撮像素子１Ａは、図２５に示すように、１個の光出力部１２０Ａを有した１個の光通信部１１Ａを備えることで、シリアル伝送が実現される。
【０１３２】
また、固体撮像素子１Ａは、シリアル化されたデータ信号とクロック信号を独立したチャネルで伝送する構成では、光による信号伝送を、複数（２本）のチャネルで行うことが可能となる。
【０１３３】
固体撮像素子１Ａは、１個の光出力部１２０Ａを有した光通信部１１Ａを２個備えることで、クロック信号を独立して伝送するシリアル伝送が実現される。または、２個の光出力部１２０Ａがアレイ化された光通信部１１Ａを１個備えることでも、同様にクロック信号を独立して伝送するシリアル伝送が実現される。
【０１３４】
更に、固体撮像素子１Ａは、Ａ／Ｄ変換部１２Ａから出力されるｎビットのディジタル信号をパラレル伝送する構成では、光による信号伝送を、複数のチャネルで行うことが可能となる。
【０１３５】
固体撮像素子１Ａは、伝送チャネル数分の光出力部１２０Ａがアレイ化された光通信部１１Ａを１個備えることで、パラレル伝送が実現される。例えば、８ビットのディジタル信号をパラレル伝送する構成では、固体撮像素子１Ａは、図２６に示すように、８個の光出力部１２０Ａがアレイ化された光通信部１１Ａを１個備えれば良い。
【０１３６】
または、固体撮像素子１Ａは、複数の光出力部１２０Ａがアレイ化された光通信部１１Ａを、光出力部１２０Ａが伝送チャネル数分となる複数備えることで、パラレル伝送が実現される。例えば、８ビットのディジタル信号をパラレル伝送する構成では、固体撮像素子１Ａは、図２７に示すように、４個の光出力部１２０Ａがアレイ化された光通信部１１Ａを２個備えれば良い。
【０１３７】
あるいは、固体撮像素子１Ａは、１個の光出力部１２０Ａを有した光通信部１１Ａを伝送チャネル数分備えることで、パラレル伝送が実現される。例えば、８ビットのディジタル信号をパラレル伝送する構成では、固体撮像素子１Ａは、図２８に示すように１個の光出力部１２０Ａを有した光通信部１１Ａを８個備えれば良い。
【０１３８】
［光通信部が集合配置された固体撮像素子の構成例］
図２９は、光通信部が集合配置された固体撮像素子の模式的な平面図である。なお、図２９では、走査回路及びＣＤＳ部等は図示していない。図２９に示す固体撮像素子１Ｂは、画素部１０Ａにおいて、有効画素領域１００Ｅの周囲にオプティカルブラック領域１０１が形成される。
【０１３９】
オプティカルブラック領域１０１は、上述したように、有効画素領域１００Ｅを挟む一の辺に、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）と第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）が配置される。また、有効画素領域１００Ｅを挟む他の辺に、第３のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ３）と第４のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ４）が配置される。
【０１４０】
光通信部１１Ａは、複数の光出力部１２０Ａがアレイ化された構成で、画素部１０Ａの第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くで基板１８の１箇所に配置される。
【０１４１】
このように、複数の光出力部１２０Ａを１箇所に集合させる光通信部１１Ａの配置を集合配置と称す。光通信部１１Ａを集合配置する構成では、例えば、複数の光出力部１２０Ａが並列する方向が、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）に沿うような向きで、光通信部１１Ａが配置される。
【０１４２】
また、図２７に示すように、複数の光出力部１２０Ａがアレイ化された光通信部１１Ａを複数備え、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くで基板１８の１箇所に集合させて配置した形態も集合配置である。
【０１４３】
同様に、図２８に示すように、１個の光出力部１２０Ａを有した光通信部１１Ａを複数備え、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くで基板１８の１箇所に集合させて配置した形態も集合配置である。なお、図２５に示すように、１個の光出力部１２０Ａを有した１個の光通信部１１Ａを、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くで基板１８の１箇所に配置した形態も集合配置に含められる。
【０１４４】
光通信部１１Ａが集合配置された固体撮像素子１Ａでは、単一のＡ／Ｄ変換部１２Ａの後段に、各光出力部１２０Ａを近づけるような配置として、Ａ／Ｄ変換部１２Ａと光通信部１１Ａとの間の信号配線の配線長が、短くなるように構成される。また、熱源となる回路が、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くに集合するように構成される。
【０１４５】
光通信部１１Ａが集合配置された固体撮像素子１Ｂでは、熱の発生源となる光通信部１１Ａを、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くの１箇所に集めることができる。これにより、光通信部１１Ａで発生する熱の影響を、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）における暗電流に確実に反映させることができる。
【０１４６】
［光通信部が分散配置された固体撮像素子の構成例］
図３０は、光通信部が分散配置された固体撮像素子の模式的な平面図である。なお、図３０では、走査回路、ＣＤＳ部及びＡ／Ｄ変換部等は図示していない。図３０に示す固体撮像素子１Ｃは、１個の光出力部１２０Ａを有した複数の光通信部１１Ａが、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くで基板１８の複数箇所に分散して配置される。このように、１個の光出力部１２０Ａを複数個所に分散させる光通信部１１Ａの配置を分散配置と称す。
【０１４７】
光通信部１１Ａが分散配置された固体撮像素子１Ｃは、光通信部１１Ａ同士の距離がなるべく長くなるように、各光通信部１１Ａの配置が決められる。通常、固体撮像素子は四角形であり、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）に沿った両端に光通信部１１Ａが配置される。
【０１４８】
光通信部１１Ａが分散配置された固体撮像素子１Ｃでは、複数の光出力部１２０Ａを同期させてディジタル信号がパラレル伝送される構成である。このため、個々の光通信部１１Ａは、パラレル伝送の１ビット分の信号伝送を担当する形態となり、個々の光通信部１１Ａで出力される信号の伝送量は小さくすることができる。従って、個々の光通信部１１Ａで発生する熱は、光出力部がアレイ化された光通信部に比べて小さくなる。
【０１４９】
これにより、光通信部１１Ａが基板１８に分散配置されることで、光通信部１１Ａで発生する熱を、固体撮像素子１Ｃの全体に分散させることができる。
【０１５０】
［光通信部が分散集合配置された固体撮像素子の構成例］
図３１は、光通信部が分散集合配置された固体撮像素子の一例を示す模式的な平面図である。なお、図３１では、走査回路、ＣＤＳ部及びＡ／Ｄ変換部等は図示していない。図３１に示す固体撮像素子１Ｄは、複数の光出力部１２０Ａを有した複数の光通信部１１Ａが、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くで基板１８の複数箇所に分散して配置される。このように、複数の光出力部１２０Ａを複数個所に分散させる光通信部１１Ａの配置を分散集合配置と称す。
【０１５１】
また、図２７に示すように、複数の光出力部１２０Ａがアレイ化された光通信部１１Ａを複数備え、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くで基板１８の複数個所に分散させて配置した形態も分散集合配置である。同様に、図２８に示すように、１個の光出力部１２０Ａを有した光通信部１１Ａを複数備え、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くで基板１８の複数個所に分散させて配置した形態も分散集合配置である。
【０１５２】
光通信部１１Ａが分散集合配置された固体撮像素子１Ｄでは、複数の光通信部を集合配置することにより、光通信部１１Ａで発生する熱の影響を、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）における暗電流に確実に反映させることができる。また、集合配置された光通信部を分散させることにより、局所的な温度上昇を抑えることができる。
【０１５３】
＜６．遮光部の配置例＞
上述した各実施の形態の固体撮像素子では、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くに光通信部１１Ａが配置される。第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）は、有効画素領域１００Ｅの一の辺部に形成されるものであり、有効画素領域１００Ｅと光通信部１１Ａの距離も近くなる。
【０１５４】
このため、光通信部１１Ａが自発光型の光出力部を備える構成では、光通信部１１Ａから出力される信号光、及び光通信部１１Ａから漏れる光が、有効画素領域１００Ｅに入射しないように、遮光する必要がある。また、有効画素領域１００Ｅに入射する光が、光通信部１１Ａから出力される信号光に混ざらないように遮光する必要がある。
【０１５５】
図３２、図３３及び図３４は、遮光部を備えた固体撮像素子の構成の一例を示し、図３２は、遮光部を備えた固体撮像素子の一例を示す模式的な平面図である。また、図３３及び図３４は、遮光部を備えた固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図である。
【０１５６】
固体撮像素子１は、画素部１０Ａにおいて、有効画素領域１００Ｅの周囲にオプティカルブラック領域１０１が形成される。オプティカルブラック領域１０１は、有効画素領域１００Ｅにおける光の入射面側に、アルミニウム等の遮光層１５０が形成される。これにより、オプティカルブラック領域１０１には、光が入射しないように構成される。
【０１５７】
オプティカルブラック領域１０１は、上述したように、有効画素領域１００Ｅを挟む一の辺に、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）と第２のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ２）が配置される。また、有効画素領域１００Ｅを挟む他の辺に、第３のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ３）と第４のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ４）が配置される。
【０１５８】
光通信部１１Ａは、画素部１０Ａの第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の近くで、基板１８の表面側に配置される。図３３に示す例では、光通信部１１Ａは、自発光型の光出力部として、面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ）１２１Ａを備えた構成である。
【０１５９】
面発光型半導体レーザ１２１Ａは、上面が発光面であり、信号光Ｌｓが矢印で示す方向に出力される。なお、面発光型半導体レーザ１２１Ａは、発光面と反対側の下面から、若干量の漏れ光が出力される。
【０１６０】
固体撮像素子１は、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の上側に遮光部２５０Ａを備える。遮光部２５０Ａは、面発光型半導体レーザ１２１Ａの発振波長の光、及び、画素部１０Ａに入射する光ＬＩは遮光するような材質で構成される。
【０１６１】
遮光部２５０Ａは、面発光型半導体レーザ１２１Ａから出力される信号光Ｌｓのなかで、画素部１０Ａ側に向かう成分を遮光する遮光板２５１を備える。また、画素部１０Ａに入射する光ＬＩの中で、面発光型半導体レーザ１２１Ａに向かう成分を遮光する遮光板２５２を備える。更に、面発光型半導体レーザ１２１Ａの下面に遮光部２５３を備える。
【０１６２】
これにより、固体撮像素子１は、面発光型半導体レーザ１２１Ａから出力される信号光Ｌｓのなかで、画素部１０Ａ側に向かう成分が、遮光部２５０Ａの遮光板２５１で遮光される。よって、面発光型半導体レーザ１２１Ａから出力された信号光Ｌｓが、画素部１０Ａの有効画素領域１００Ｅに入射することを防ぐことができる。
【０１６３】
また、固体撮像素子１は、画素部１０Ａに入射する光ＬＩの中で、面発光型半導体レーザ１２１Ａに向かう成分が、遮光部２５０Ａの遮光板２５２で遮光される。よって、画素部１０Ａに入射する光が、面発光型半導体レーザ１２１Ａから出力される信号光Ｌｓに混ざることを防ぐことができる。
【０１６４】
更に、固体撮像素子１は、面発光型半導体レーザ１２１Ａの下面から漏れる光が、遮光部２５３で遮光される。よって、面発光型半導体レーザ１２１Ａの下面から漏れる光が、基板１８の内部から画素部１０Ａに到達することを防ぐことができる。
【０１６５】
図３４に示す例では、光通信部１１Ａは、自発光型の光出力部として、端面発光型半導体レーザ１２１Ｂを備えた構成である。
【０１６６】
端面発光型半導体レーザ１２Ｂは、一方の側面が発光面であり、信号光Ｌｓが矢印で示す方向に出力される。なお、端面発光型半導体レーザ１２１Ｂは、発光面と反対側の他方の側面から、若干量の漏れ光Ｌｎが出力される。
【０１６７】
固体撮像素子１は、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の上側に遮光部２５０Ｂを備える。遮光部２５０Ｂは、端面発光型半導体レーザ１２１Ｂの発振波長の光、及び、画素部１０Ａに入射する光は遮光するような材質で構成される。
【０１６８】
遮光部２５０Ｂは、端面発光型半導体レーザ１２１Ｂから出力される漏れ光Ｌｎ、及び画素部１０Ａに入射する光ＬＩの中で、端面発光型半導体レーザ１２１Ｂに向かう成分を遮光する遮光板２５２を備える。
【０１６９】
これにより、固体撮像素子１は、端面発光型半導体レーザ１２１Ｂから画素部１０Ａに向かう漏れ光Ｌｎが、遮光部２５０Ｂの遮光板２５２で遮光される。よって、端面発光型半導体レーザ１２１Ｂから出力された漏れ光Ｌｎが、画素部１０Ａの有効画素領域１００Ｅに入射することを防ぐことができる。
【０１７０】
また、固体撮像素子１は、画素部１０Ａに入射する光の中で、端面発光型半導体レーザ１２１Ｂに向かう成分が、遮光部２５０Ｂの遮光板２５２で遮光される。よって、画素部１０Ａに入射する光が、端面発光型半導体レーザ１２１Ｂから出力される信号光Ｌｓに混ざることを防ぐことができる。
【０１７１】
なお、遮光部２５０Ａ，２５０Ｂを備えた固体撮像素子１は、上述した固体撮像素子１Ａ〜１Ｄの何れであっても良い。
【０１７２】
固体撮像素子１は、遮光部２５０Ａ，２５０Ｂが第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）の上側に形成される。これにより、遮光部２５０Ａ，２５０Ｂを配置するためのスペースを、第１のオプティカルブラック領域１０１（ＯＰＢ１）と共用でき、遮光部２５０Ａ，２５０Ｂを配置することによる基板１８の大型化を防ぐことができる。
【０１７３】
＜７．固体撮像素子を備えた信号処理システムの構成例＞
［光学装置の構成例］
図３５は、固体撮像素子を備えた信号処理システムの概要を示す機能ブロック図で、まず、固体撮像素子を備えた光学装置の概要について説明する。光学装置２Ａは、上述した固体撮像素子１と、レンズ部２０と、固体撮像素子１とレンズ部２０等が実装されるハウジング２１を備え、例えばカメラシステムのレンズユニットを構成する。レンズ部２０は光学素子の一例で、１枚のレンズまたは複数枚のレンズを組み合わせて構成される。
【０１７４】
光学装置２Ａは、固体撮像素子１の画素部１０Ａが、レンズ部２０の焦点位置に合うように構成され、レンズ部２０から入射した光の像が、固体撮像素子１の画素部１０Ａに結像される。
【０１７５】
光学装置２Ａは、撮像対象物との距離によらず、レンズ部２０の焦点位置を固体撮像素子１の画素部１０Ａに合わせるため、例えば、固体撮像素子１に対してレンズ部２０を光軸方向に移動させる焦点合わせ機構を備えている。
【０１７６】
［信号処理装置の構成例］
次に、光学装置が接続される信号処理装置の概要について説明する。信号処理装置３Ａは、光信号を電気信号に変換する光通信部３０Ａと、制御信号等の入出力が行われる制御Ｉ／Ｏ３１Ａを備え、例えばカメラシステムのカメラ本体部を構成する。信号処理装置３Ａは、光学装置２Ａが接続されると、光通信部３０Ａが固体撮像素子１の光通信部１１Ａと光学的に結合される。また、制御Ｉ／Ｏ３１Ａが固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａと接続される。
【０１７７】
信号処理装置３Ａは、ユーザによる操作を受ける操作部３２Ａと、操作部３２Ａでの操作に基づいて、光学装置２Ａの固体撮像素子１に画素信号の読み出しを指示する読み出し制御部３３Ａを備える。
【０１７８】
信号処理装置３Ａは、制御Ｉ／Ｏ３１Ａから光学装置２Ａの固体撮像素子１に画素信号の読み出しを指示し、自機の光通信部３０Ａと固体撮像素子１の光通信部１１Ａとの間で光通信を行って、固体撮像素子１から画素信号を取得する。
【０１７９】
光通信部３０Ａは、受光部としてフォトダイオード（ＰＤ）等の受光素子を有し、固体撮像素子１の光通信部１１Ａから出力される信号光Ｌｓが入力されて、光信号で入力される画素信号を電気信号に変換して出力する。
【０１８０】
信号処理装置３Ａは、固体撮像素子１と光通信を行って取得した画素信号に所定の信号処理を行い、画像データを生成する信号処理部３４Ａを備える。また、信号処理装置３Ａは、固体撮像素子１から取得した画素信号を保持するデータ保持部３５Ａと、信号処理部３４Ａで生成された画像データから画像を表示する表示部３６Ａを備える。
【０１８１】
信号処理装置３Ａは、自機及び光学装置２Ａに電源を供給する電源３７Ａと、電源の供給を制御する電源制御部３８Ａを備える。電源制御部３８Ａは、信号処理装置３Ａの電源をオンとする操作、及び電源をオフとする操作に基づき、信号処理装置３Ａに対する電源の供給の有無と、光学装置２Ａに対する電源の供給の有無を、所定の順番で切り替える電源供給制御を行う。
【０１８２】
［信号処理システムの構成例］
次に、光学装置と信号処理装置を備えた信号処理システムの概要について説明する。
信号処理システム４Ａは、上述した光学装置２Ａと信号処理装置３Ａを備え、例えばカメラシステムを構成する。カメラシステムでは、レンズユニットを構成する光学装置２Ａが、カメラ本体部を構成する信号処理装置３Ａに対して着脱可能で交換できるように構成される。
【０１８３】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａに光学装置２Ａが接続されると、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａと、光学装置２Ａを構成する固体撮像素子１の光通信部１１Ａが光学的に結合される。また、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａが接続される。
【０１８４】
これにより、信号処理システム４Ａは、固体撮像素子１の光通信部１１Ａと、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａによって、光学装置２Ａと信号処理装置３Ａとの間でデータが光信号で入出力される。
【０１８５】
また、信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａによって、信号処理装置３Ａと光学装置２Ａとの間で制御信号が入出力される。
【０１８６】
更に、信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、固体撮像素子１の制御Ｉ／Ｏ１４Ａによって、信号処理装置３Ａと光学装置２Ａとの間で電源の供給が行われる。
【０１８７】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの操作部３２Ａでユーザの操作を受け、操作部３２Ａでの操作に基づいて、信号処理装置３Ａの読み出し制御部３３Ａが、画素信号の読み出しを指示する制御信号を出力する。
【０１８８】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの制御Ｉ／Ｏ３１Ａと、光学装置２Ａの制御Ｉ／Ｏ１４Ａによって、画素データの読み出しを指示する制御信号が光学装置２Ａの固体撮像素子１に入力される。
【０１８９】
信号処理システム４Ａは、画素信号の読み出しを指示する制御信号が光学装置２Ａの固体撮像素子１に入力されると、固体撮像素子１の制御部１６Ａが、タイミングジェネレータ１３Ａで駆動クロックを生成する。
【０１９０】
タイミングジェネレータ１３Ａで生成された駆動クロックは、画素部１０ＡとＡ／Ｄ変換部１２Ａと光通信部１１Ａに供給され、画素部１０Ａでは画素データが電気信号として読み出される。Ａ／Ｄ変換部１２Ａでは、画素部１０Ａから読み出された画素データが入力され、ディジタル信号に変換されて出力される。光通信部１１Ａでは、Ａ／Ｄ変換部１２Ａでディジタル信号に変換された電気信号が入力され、画素信号が信号光Ｌｓに変換されて出力される。
【０１９１】
信号処理システム４Ａは、固体撮像素子１の光通信部１１Ａと、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａによって、固体撮像素子１で読み出された画素信号が、光通信で信号処理装置３Ａに入力される。
【０１９２】
信号処理システム４Ａは、固体撮像素子１で読み出された画素信号が、光通信で信号処理装置３Ａに入力されると、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａが、光信号で入力される画素信号を電気信号に変換して出力する。
【０１９３】
信号処理システム４Ａは、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａで電気信号に変換された画素信号に、信号処理装置３Ａの信号処理部３４Ａが所定の信号処理を行って画像データを生成し、例えば表示部３６Ａに画像を表示する。
【０１９４】
＜８．信号処理システムにおける信号伝送の形態に応じた光通信部の実装形態例＞
［光通信部をアレイ化することによるパラレル伝送例］
図３６は、アレイ化された光通信部の一例を示す機能ブロック図で、次に、パラレル伝送に応じた光通信部の最適な実装形態について説明する。
【０１９５】
固体撮像素子１の光通信部１１Ａは、例えば自発光型の発光素子で構成される光出力部１２０Ａが並列された光出力部アレイ１２０Ｙを備える。光出力部アレイ１２０Ｙは、Ａ／Ｄ変換部１２Ａでディジタル信号に変換された画素信号DATA_TXが出力されるデータ線と、クロック信号CLK_TXが出力されるクロック線で構成される光信号線の数に合わせて光出力部１２０Ａが並列されてアレイ化される。
【０１９６】
固体撮像素子１は、上述したように、図３５で説明した信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａとの間で光通信が行われる。このため、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａは、固体撮像素子１から出力される光信号線の数に合わせて光受信部３００Ａが並列されてアレイ化される。
【０１９７】
固体撮像素子１は、図３５等で説明したＡ／Ｄ変換部１２ＡでＡ／Ｄ変換された画素信号DATA_TXと、タイミングジェネレータ１３Ａで生成されるクロック信号CLK_TXが、光通信部１１Ａに入力される。ディジタル信号に変換された画素信号DATA_TXとクロック信号CLK_TXは、光出力部アレイ１２０Ｙのそれぞれ対応する光出力部１２０Ａで信号光に変換されて出力される。
【０１９８】
固体撮像素子１の光通信部１１Ａから出力された光信号は、信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａに入力され、それぞれ対応する光受信部３００Ａで電気信号に変換されて画素信号DATA_RXと、クロック信号CLK_RXが出力される。
【０１９９】
［データをシリアル化することによるシリアル伝送例］
図３７は、画素信号をシリアル化して光通信する光通信部の一例を示す機能ブロック図で、次に、シリアル伝送に応じた光通信部の最適な実装形態について説明する。
【０２００】
固体撮像素子１の光通信部１１Ａは、図３５等で説明したＡ／Ｄ変換部１２Ａでディジタル信号に変換された画素信号をシリアルデータに変換するシリアルインタフェース（Ｉ／Ｆ）１２２Ａを備える。
【０２０１】
シリアルインタフェース１２２Ａは、Ａ／Ｄ変換部１２ＡでＡ／Ｄ変換された画素信号DATAと、タイミングジェネレータ１３Ａで生成された同期信号を重畳するエンコード部１２４を備える。
【０２０２】
エンコード部１２４は、タイミングジェネレータ１３Ａで生成されたクロック信号ＣＬＫが入力される。また、タイミングジェネレータ１３Ａで生成され、垂直走査回路１０２を駆動する垂直同期信号φＶが入力される。更に、タイミングジェネレータ１３Ａで生成され、水平走査回路１０３を駆動する水平同期信号φＨと、フィールドを選択するフィールド信号Ｆが入力される。エンコード部１２４は、例えば８ｂ／１０ｂ方式を採用し、データ線にクロック信号と同期信号を重畳して１本の信号線で送る。
【０２０３】
また、シリアルインタフェース１２２Ａは、同期信号が重畳された画素信号をスクランブルするデータスクランブル部１２５と、同期信号が重畳されてスクランブルされた画素信号をシリアルデータに変換するパラレル／シリアル変換部１２６を備える。更に、光通信部１１Ａは、シリアル化された画素データと同期信号を光信号に変換して出力する光出力部１２０Ａを備える。
【０２０４】
信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａは、シリアル化された画素信号と同期信号が光信号として入力され、入力された光信号を電気信号に変換する光受信部３０２を備える。また、光通信部３０Ａは、シリアル化された画素信号と同期信号からクロックを再生し、画素信号を検出するシリアル／パラレル変換部３０３を備える。更に、光通信部３０Ａは、同期信号が重畳された画素信号をデスクランブルするデスクランブル部３０４と、同期信号を検出するデコード部３０５を備える。
【０２０５】
画素信号をシリアル化して光通信する光通信部１１Ａを備えた固体撮像素子１では、シリアルインタフェース１２２Ａによりデータ線にクロック信号と同期信号が重畳されたシリアル信号が、シリアルインタフェース１２２Ａから光出力部１２０Ａに伝送される。
【０２０６】
シリアルインタフェース１２２Ａでは、データ信号に同期信号とクロック信号が重畳されてシリアル化されたディジタル信号を生成することで、１本のチャネルで信号伝送が可能となる。これにより、光通信部１１Ａは、１個の光出力部１２０Ａを備えるもので良く、画素数の増大に伴う多ビット化によっても、光通信部１１Ａの数を減らすことができる。
【０２０７】
［画素信号のシリアル化と複数の光入出力部を備えることによる複数伝送例］
図３８は、画素信号をシリアル化して複数の光入出力部で光通信する光通信部の一例を示す機能ブロック図で、次に、画素信号をシリアル化して、クロック信号との複数伝送に応じた光通信部の最適な実装形態について説明する。
【０２０８】
固体撮像素子１の光通信部１１Ａは、Ａ／Ｄ変換部１２ＡでＡ／Ｄ変換された画素信号DATA_TXをシリアルデータに変換するパラレル／シリアル（Ｐ／Ｓ）変換部１２２Ｂを備える。パラレル／シリアル変換部１２２Ｂは、Ａ／Ｄ変換部１２ＡでＡ／Ｄ変換された画素信号DATA_TXと、タイミングジェネレータ１３Ａで生成されるクロック信号CLK_TXが入力される。
【０２０９】
また、光通信部１１Ａは、シリアル化された画素信号SDATA_TXを、光信号に変換して出力する光出力部１２０Ｓと、クロック信号φSCLK_TXを、光信号に変換して出力する光出力部１２０ＣＬを備える。
【０２１０】
信号処理装置３Ａの光通信部３０Ａは、シリアル化され光信号に変換された画素信号SDATA_TXが光通信によるデータ線ＬｓＤで入力され、入力された光信号をシリアル化された電気信号としての画素信号SDATA_RXに変換する光受信部３００Ｓを備える。また、光通信部３０Ａは、光信号に変換されたクロック信号φSCLK_TXが光通信によるクロック線ＬｓＣＬで入力され、入力された光信号を電気信号としてのクロック信号φSCLK_RXに変換する光受信部３００ＣＬを備える。
【０２１１】
更に、光通信部３０Ａは、光受信部３００ＣＬで電気信号に変換されたクロック信号φSCLK_RXで、光受信部３００Ｓで電気信号に変換された画素信号SDATA_RXから画素信号DATA_RXを検出するシリアル／パラレル変換部３０１Ａを備える。
【０２１２】
画素信号をシリアル化すると共に、データ線ＬｓＤとクロック線ＬｓＣＬを有して光通信する光通信部１１Ａを備えた固体撮像素子１では、シリアル信号とクロック信号が、パラレル／シリアル変換部１２２Ｂから光出力部１２０Ｓ，１２０ＣＬに伝送される。
【０２１３】
パラレル／シリアル変換部１２２Ｂは、クロック信号の重畳は行われず、回路構成が簡単で安価である。一方、データ信号のシリアル化を行うことで、データ線とクロック線の２本の信号線で伝送が可能である。
【０２１４】
このため、２個の光出力部１２０Ｓ，１２０ＣＬを有した光通信部１１Ａを備えることで、データ信号とクロック信号の伝送が可能となる。これにより、光通信部の数が増加することによるコスト増は低く抑えられる。
【０２１５】
＜９．光通信部の近くにオプティカルブラック領域を配置した固体撮像素子の効果例＞
各実施の形態の固体撮像素子では、有効画素領域と光通信部の間にオプティカルブラック領域を配置することで、光通信部で発生する熱に応じて有効画素領域で発生する暗電流を推定し、信号から減算できるようにした。
【０２１６】
これにより、光通信部で発生する熱が有効画素領域に伝搬されても、画素の位置に応じた最適な暗電流レベルを信号から除去できるので、有効画素領域の全面に亘り黒浮き等による画質の劣化を防ぐことができる。
【０２１７】
また、オプティカルブラック領域の近くに光通信部を配置することで、画質の劣化を抑えているので、光通信部を画素部の近くに配置することができる。これにより、光通信部の配置に自由度が向上し、基板の小型化も可能である。
【０２１８】
更に、光通信部の配置の自由度が向上することで、光通信部の集合配置、分散配置、分散集合配置等を、信号の伝送形態等に応じて選択できる。また、光通信部の配置の自由度が向上することで、例えば、パラレル伝送、データ線に同期信号とクロック信号を重畳シリアル伝送、シリアル化したデータ線とクロック信号の複数伝送等、様々な信号伝送方式を採用することができる。
【０２１９】
なお、各実施の形態の固体撮像素子では、画素部１０Ａと光通信部１１Ａを基板１８の表面側に配置したが、光通信部１１Ａを基板１８の裏面側に配置しても良い。光通信部１１Ａを基板１８の裏面側に配置した構成では、簡単な構成で、漏れ光が画素部１０Ａに入射することを防ぐことができる。
【産業上の利用可能性】
【０２２０】
本発明は、固体撮像素子を備えた光学装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０２２１】
【図１】本発明の概要を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明の背景となる比較例を示す機能ブロック図である。
【図３】第１の実施の形態の固体撮像素子の一例を示す構成図である。
【図４】第１の実施の形態の固体撮像素子を実現する機能の一例を示す機能ブロック図である。
【図５】第１の実施の形態の固体撮像素子を実現する機能の一例を示す機能ブロック図である。
【図６】画素アレイの具体例を示す回路構成図である。
【図７】各画素の構造モデル例を示す断面構造図である。
【図８】画素部からから出力される信号の波形の一例を示すグラフである。
【図９】ＣＤＳ部の一例を示す機能ブロック図である。
【図１０】ＯＰＢレベル供給部の一例を示す機能ブロック図である。
【図１１】ＯＰＢ出力選択部の一例を示す機能ブロック図である。
【図１２】値参照の一例を示す説明図である。
【図１３】ＯＰＢレベル生成部の一例を示す機能ブロック図である。
【図１４】推定ＯＰＢレベルの波形の一例を示すグラフである。
【図１５】有効画素領域において暗電流を推定する画素とオプティカルブラック領域の垂直方向の関係を示す説明図である。
【図１６】有効画素領域において暗電流を推定する画素とオプティカルブラック領域の水平方向の関係を示す説明図である。
【図１７】有効画素領域において暗電流を推定する画素とオプティカルブラック領域の垂直及び水平方向の関係を示す説明図である。
【図１８】第１の実施の形態の固体撮像素子の処理の一例を示すフローチャートである。
【図１９】第１の実施の形態の固体撮像素子の処理の一例を示す動作説明図である。
【図２０】第１の実施の形態の固体撮像素子の処理の一例を示す動作説明図である。
【図２１】第１の実施の形態の固体撮像素子の処理の一例を示す動作説明図である。
【図２２】第１の実施の形態の固体撮像素子の処理の一例を示す動作説明図である。
【図２３】第１の実施の形態の固体撮像素子の処理の一例を示す動作説明図である。
【図２４】推定ＯＰＢレベルの波形の具体例を示すグラフである。
【図２５】単一の伝送チャネルを実現する光通信部の配置例を示す模式的な平面図である。
【図２６】複数の伝送チャネルを実現する光通信部の配置例を示す模式的な平面図である。
【図２７】複数の伝送チャネルを実現する光通信部の配置例を示す模式的な平面図である。
【図２８】複数の伝送チャネルを実現する光通信部の配置例を示す模式的な平面図である。
【図２９】光通信部が集合配置された固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図３０】光通信部が分散配置された固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図３１】光通信部が分散集合配置された固体撮像素子の模式的な平面図である。
【図３２】遮光部を備えた固体撮像素子の一例を示す模式的な平面図である。
【図３３】遮光部を備えた固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図である。
【図３４】遮光部を備えた固体撮像素子の一例を示す模式的な側面図である。
【図３５】光学装置と信号処理装置を備えた信号処理システムの概要を示す機能ブロック図である。
【図３６】アレイ化された光通信部の一例を示す機能ブロック図である。
【図３７】画素信号をシリアル化して光通信する光通信部の一例を示す機能ブロック図である。
【図３８】画素信号をシリアル化して複数の光入出力部で光通信する光通信部の一例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【０２２２】
１、１Ａ〜１Ｄ・・・固体撮像素子、１０Ａ・・・画素部、１１Ａ・・・光通信部、１２Ａ・・・Ａ／Ｄ変換部、１３Ａ・・・タイミングジェネレータ、１４Ａ・・・制御Ｉ／Ｏ、１５Ａ・・・ＤＣ−ＤＣ部、１６Ａ・・・制御部、１７・・・バス、１００・・・画素、１００Ｅ・・・有効画素領域、１０１・・・オプティカルブラック領域、１０２・・・垂直走査回路、１０３・・・水平走査回路、１０４・・・カラムＣＤＳ回路、１０５・・・列信号線、１０６・・・フォトダイオード、１０７・・・ＦＤアンプ、１０８・・・行選択トランジスタ、１０９・・・行選択線、１１０・・・電荷検出部、１１１・・・リセットトランジスタ、１１２・・・増幅トランジスタ、１１３・・・リセット線、１１４・・・行読み出し線、１２０Ａ・・・光出力部、２００・・・ＣＤＳ部、２０１・・・第１の値保持部、２０２・・・第２の値保持部、２０３・・・減算部、２１０・・・ＯＰＢレベル供給部、２１１・・・ＯＰＢレベル生成部、２１１ａ・・・値保持部、２１１ｂ・・・値生成部、２１１ｃ・・・値出力部、２１２・・・ＯＰＢ出力選択部、２１２ａ・・・判断部、２１２ｂ・・・値参照部、２１２ｃ・・・選択部、２１３・・・ＯＰＢレベル出力部
【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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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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