(57)【要約】      （修正有）【課題】ＲＴＳノイズが多い場合でも、少ないＯＢ画素数で列オフセットノイズの検出・補正を行うことで、動画の高フレームレート化を実現する。【解決手段】有効部２００１の画素と、ＶＯＢ領域２００３の画素がともにＦＤを共有している構成の撮像素子について、遮光領域内で画素ソースフォロアを共有している行では、画素ソースフォロアを共有している行の一部の行について信号を読み出す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換素子で単一の増幅トランジスタを共有している構成の撮像素子を有し、基準画素領域の信号を用いて有効画素領域の信号を補正する撮像装置において、
前記基準画素領域の信号を読み出す際に、前記単一の増幅トランジスタを共有している複数の光電変換素子のうちの一部の光電変換素子の信号のみを前記単一の増幅トランジスタから読み出すように制御することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記基準画素領域では、前記複数の光電変換素子が遮光されている画素で構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記基準画素領域では、前記複数の光電変換素子と前記画素ソースフォロアが電気的に接続不能な画素で構成されることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記基準画素領域の信号を読み出す際に、前記単一の増幅トランジスタを共有している複数の光電変換素子のうちの一部かつフレームごとに異なる光電変換素子の信号を読み出すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
さらに、前記増幅トランジスタの信号を列方向に出力する列出力線と、前記列出力線ごとに設けられた列回路を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
さらに、前記列毎の列オフセットノイズを検出する列オフセットノイズ検出回路と、前記列オフセットノイズを補正する列オフセットノイズ補正回路とを有することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤセンサ、ＣＭＯＳセンサ等の撮像素子を用いたデジタルカメラなどの撮像装置が一般に広く普及している。これらの撮像装置では撮影・記録される静止画および動画の高解像度化、高フレームレート化が求められている。また、高解像度化に伴い、上記撮像装置に用いられる撮像素子の微細化も年々進行している。
【０００３】
撮像素子としてのＣＭＯＳセンサは、行列状に配置された光電変換素子から、列毎に共通に接続された垂直信号線を介して信号を読み出す構造を有している。そのような構造では、垂直信号線と列アンプの素子特性が列間のばらつきを有するため、縦スジ状のノイズである列オフセットノイズが発生しやすい。また、ＣＭＯＳセンサに限らず、撮像素子には画素に起因するノイズも存在する。フォトダイオードに起因して発生する暗電流ノイズやリセットトランジスタに起因して発生するリセットノイズ、画素ソースフォロアに起因して発生する１／ｆノイズおよびＲＴＳ（ランダム・テレグラム・シグナル）ノイズなどである。
【０００４】
上記の中で、ＲＴＳノイズは、画素ソースフォロワを構成するトランジスタの幅と長さの逆数に比例して特性が悪化する。そのため、高解像度化におけるＣＭＯＳセンサの画素構造微細化に伴い、ＲＴＳノイズの大きさと発生頻度は顕著に大きくなっている。そのような画素ノイズの影響を排除するため、撮像素子の垂直方向の光学的黒画素（ＶＯＢ画素）から所定の閾値を超える欠陥画素の影響を除去した後に列オフセットノイズを検出することで、列オフセットノイズの検出精度を高める方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２５１４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、撮像装置により撮影／記録される動画の高解像度化、高フレームレート化に伴い、少ないＯＢ画素数で高精度に列オフセットノイズを検出・補正する技術が必要とされている。しかし、列オフセットノイズの検出領域に欠陥画素が含まれ、その影響を排除しなかった場合、誤った列オフセット量が検出され、このオフセット量を基に減算などの補正処理を行うため、画面に縦線状のノイズを重畳してしまう場合がある。
【０００７】
そこで、列オフセットノイズの検出領域に含まれる、ＲＴＳノイズを発生する欠陥画素の影響を排除することが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、複数の単位画素の電荷信号が１つの画素ソースフォロアを介して読み出される構成の撮像素子にこのような方法を適用する場合には、動画の高フレームレート化に対し改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、複数の光電変換素子の信号が単一の増幅トランジスタを介して読み出される構成の撮像素子を有する撮像装置において、ＲＴＳノイズなどの影響を受けることなく、列オフセットノイズの検出を行うことのできる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】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、複数の光電変換素子で単一の増幅トランジスタを共有している構成の撮像素子を有し、基準画素領域の信号を用いて有効画素領域の信号を補正する撮像装置において、前記基準画素領域の信号を読み出す際に、前記単一の増幅トランジスタを共有している複数の光電変換素子のうちの一部の光電変換素子の信号のみを前記単一の増幅トランジスタから読み出すように制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、複数の光電変換素子の信号が単一の増幅トランジスタを介して読み出される構成の撮像素子を有する撮像装置において、ＲＴＳノイズなどの影響を受けることなく列オフセットノイズを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１における撮像装置のブロック図である。
【図２】実施例１における撮像素子の画素領域を示す図である。
【図３】実施例１における撮像素子の内部構成図である。
【図４】実施例１における撮像素子の画素配置図である。
【図５】撮像素子の列オフセットノイズを説明する図である。
【図６】実施例１における読み出し方式の一例を示す図である。
【図７】実施例２における読み出し方式の一例を示す図である。
【図８】暗電流起因ノイズの抑圧効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
（実施例１）
図１は、本発明の実施例１における撮像装置のブロック図である。図１において、撮像素子１００２は、絞りやレンズなどを含む光学系１００１を通過した光信号をその撮像面に受けてアナログの電気信号へと変換する。タイミングジェネレータ（以下、ＴＧ）１００３は、撮像素子１００２を駆動するための制御信号を発する。同期信号発生器（以下、ＳＳＧ）１００４は、ＴＧ１００３にＨＤ信号及びＶＤ信号を供給する。
【００１４】
ＡＤＣ回路１００５は、撮像素子１００２より発せられたアナログの電気信号をデジタル信号に変換する。ＯＢクランプ回路１００６は、ＡＤＣ回路１００５の出力信号を受けて、光学的黒レベルを任意の値に固定する。列オフセットノイズ検出回路１００７は、入力信号から列オフセットノイズ成分を検出する。列オフセットノイズ補正回路１００８は、列オフセットノイズ検出回路１００７からの入力信号をもとに、ＯＢクランプ回路１００６からの入力信号の補正を行う。
【００１５】
ウインドウ回路１００９は、列オフセットノイズを検出する領域及び列オフセットノイズを補正する領域を指定する。
【００１６】
信号処理回路１０１０は、列オフセットノイズ補正回路１００８から入力された信号に対し、補間処理や色変換処理を施し、表示デバイスや記録デバイスに適合する画像データへと変換する。システムコントローラ１０１１は、ＴＧ１００３、ウインドウ回路１００９、信号処理回路１０１０の各回路を制御して動作モードやパラメータを決定する。
【００１７】
次に、図２は、本発明の実施例１における撮像素子１００２の画素配置図である。図２に示すように、撮像素子１００２は、有効画素領域２００１、基準画素領域である水平オプティカルブラック（ＨＯＢ）領域２００２と垂直オプティカルブラック（ＶＯＢ）領域２００３を備えている。有効画素領域２００１は、光電変換素子であるフォトダイオードに光が照射される領域である。ＨＯＢ領域２００２は、有効画素領域２００１の水平方向の左側に隣接しており、数列から数十列に渡って遮光された領域である。基準画素領域であるＶＯＢ領域２００３は、有効画素領域２００１およびＨＯＢ領域２００２の垂直方向の上部に隣接しており、数ラインから数十ラインに渡って遮光された領域である。
【００１８】
ＶＯＢ領域２００３内には、列オフセットノイズ検出領域２００４が設けられ、有効画素領域２００１内には、列オフセットノイズ補正領域２００５が設けられている。列オフセットノイズ検出領域２００４内には、欠陥を含む画素２００６が存在する。ここでいう欠陥とは、フォトダイオードに起因して発生する暗電流ノイズ、リセットトランジスタに起因して発生するリセットノイズ、画素ソースフォロアに起因して発生する１／ｆノイズおよびＲＴＳ（ランダム・テレグラム・シグナル）ノイズ等を指す。
【００１９】
なお、本実施例においては、説明の便宜上、列オフセットノイズ検出領域２００４をＶＯＢ領域２００３内に割り当ててすべての動作説明を行っている。しかし、本発明の主旨に従えば、光電変換素子と画素ソースフォロアと電気的に接続不能な構成になっている画素で構成される領域（ダミー領域）を、列オフセットノイズ検出領域２００４に割り当てても同様の効果を得ることができる。さらに、ダミー領域を列オフセットノイズ検出領域２００４として割り当てた場合では、読みだし信号に光電変換素子起因のノイズを含まない分だけ列オフセットノイズの検出には有利になる。
【００２０】
次に、図３は、本発明の実施例１における撮像素子１００２の内部構成を示す図である。図３において、光電変換素子であるフォトダイオード（ＰＤ）３００１は、光学系１００１を通過した光を受けて光電変換を行う。転送トランジスタ（転送Ｔｒ）３００２は、ＰＤ３００１に蓄積された光信号電荷をフローティングディフュージョン（ＦＤ）３００３に転送する。ＦＤ３００３は、転送Ｔｒ３００２より転送された電荷を受けて、電荷電圧変換を行う。
【００２１】
リセットトランジスタ（リセットＴｒ）３００４は、ＦＤ３００３に蓄積された光信号電荷をリセットする。増幅トランジスタ（増幅Ｔｒ）３００５は、ＦＤに蓄積された電荷量に応じた電位を後述する垂直信号線（列出力線）３０１０に読み出す。単位画素３００６は、一組のＰＤ３００１と転送Ｔｒ３００２から構成され、本実施例では、４つの単位画素３００６がＦＤ３００３と単一の増幅Ｔｒ３００５に対して並列に接続されている。このような構成を画素共有構成と呼ぶ。また、本実施例では、縦方向（列方向）に画素共有される構成となっている。このように複数の単位画素３００６がＦＤ３００３と単一の増幅Ｔｒ３００５を共有する画素共有構成では、トータルのトランジスタ数を減らすことが出来る。そのため、ＰＤ３００１の開口面積を確保する上で有利となる。なお、本実施例では、４つの単位画素３００６が１組のＦＤ３００３と増幅Ｔｒ３００５に接続されている場合で説明するが、単位画素３００６の個数は４つに限定されるものではない。また、先に述べたダミー領域では、ＰＤ３００１が増幅Ｔｒ３００５と電気的に接続されない構成となっている。
【００２２】
次に、図４を用いて、単位画素から出力される信号の流れについて説明する。図３と同じ符号が振られた構成要素は、図３と同じ構成であることを示している。画素ソースフォロア（画素ＳＦ）３０１４は、増幅Ｔｒ３００５と垂直出力線（列出力線）３０１０に接続される不図示の定電流源から構成され、ＦＤ３００３に接続される。ここで、単位画素３００７は、暗電流ノイズを定常的に発生する欠陥画素である。暗電流ノイズは、ＰＤ３００１の結晶構造に欠陥を持つ画素で定常的に発生し、そのノイズ量は撮像素子１００２の温度や、撮像時の蓄積時間に依存する。また、画素ＳＦ３００８は、画素ＳＦ３０１４のうち、ＲＴＳノイズなどを発生する欠陥を有する欠陥画素ＳＦである。単位画素３００９は、ＦＤ３００３を介して欠陥画素ＳＦ３００８に接続される４つの単位画素である。単位画素３００９は、ＰＤ３００１と転送Ｔｒ３００２に欠陥が無くても、欠陥画素ＳＦ３００８を通過して画素信号が出力される際に、欠陥画素ＳＦ３００８に固定的に発生するノイズが重畳される。画素信号を出力する際にどの行を選択するかは、図示していない垂直レジスタ（Ｖレジスタ）が、同様に図示していない選択トランジスタを駆動することで決定される。
【００２３】
垂直信号線３０１０は、図示されていない選択トランジスタによって選択された行の電圧信号を列毎に出力する。そして、列ごとに列アンプ３０１１とＣＤＳ回路３０１２からなる列回路が設けられている。列アンプ３０１１は、垂直信号線３０１０に出力された電圧信号を受けて、信号増幅を行う。ＣＤＳ回路３０１２は、列アンプ３０１１の出力を受けて、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）処理を行う。水平レジスタ（Ｈレジスタ）３０１３は、撮像素子１００２からの出力信号として、どの列のＣＤＳ回路３０１２により処理された信号を出力するかを選択する。
【００２４】
ここで、図１を用いて撮像装置全体の動作について説明する。光学系１００１を通過した光信号は、撮像素子１００２の撮像面に入射してアナログの電気信号へと変換される。撮像素子１００２は、ＴＧ１００３で所望の駆動で動作するよう制御される。撮像素子１００２より発せられたアナログの電気信号は、ＡＤＣ回路１００５にてデジタル信号に変換され、ＡＤＣ回路１００５以降では画像の信号をすべてデジタル信号として扱う。
【００２５】
ＡＤＣ回路１００５の出力信号は、ＯＢクランプ回路１００６にて光学的黒レベルを任意の値に固定される。ＯＢクランプ回路１００６の出力信号は、列オフセットノイズ検出回路１００７及び列オフセットノイズ補正回路１００８へ出力される。列オフセットノイズ検出回路１００７は、ＯＢクランプ回路１００６の出力信号に含まれる列毎の列オフセットノイズ成分を列オフセットノイズ検出領域２００４から抽出する。
【００２６】
また、列オフセットノイズ検出領域２００４は、ウインドウ回路１００９によって指定される。ウインドウ回路１００９は、ＨＤ信号及びＶＤ信号を参照して、列オフセットノイズ検出回路１００７に列オフセットノイズ検出領域２００４を指示する検出許可信号を供給する。検出許可信号と、ＯＢクランプ回路１００６からの信号を受けた列オフセットノイズ検出回路１００７は、列毎の列オフセットノイズデータを算出する。この際、ランダムノイズ、暗電流ノイズ、ＲＴＳノイズの抑圧を行う必要があるが、弊害を含めた詳細は後述する。
【００２７】
次に、列オフセットノイズ補正回路１００８は、ウインドウ回路１００９で生成される制御信号に基づき駆動される。列オフセットノイズデータを受けて、列オフセットノイズ補正回路１００８は、ウインドウ回路１００９から供給された補正許可信号に従って、列オフセットノイズ補正領域の信号から列オフセットノイズを減算して補正する。列オフセットノイズ補正回路１００８から出力された信号は、信号処理回路１０１０において補間処理や色変換処理を施され、表示デバイスや記録デバイスに適合する画像データへと変換される。このような撮像装置全体の動作は、システムコントローラ１０１１により制御され、各回路を制御して動作モードやパラメータを決定することにより、上記制御を実現している。
【００２８】
次に、図３及び図４を用いて、撮像素子１００２の動作を以下に述べる。ＰＤ３００１で光電変換により蓄えられた信号電荷は、ＦＤ３００３で信号電位に変換され、不図示の選択トランジスタを通じて垂直信号線３０１０に出力される。また、どの行の画素信号を出力するかは、不図示のＶレジスタによって選択される。垂直信号線３０１０の信号は、列アンプ３０１１で増幅されるが、公知の回路を使用すれば良いため、ここでは説明を省略する。列アンプ３０１１の出力は、ＣＤＳ回路３０１２においてＣＤＳ処理され、リセットノイズ、１／ｆノイズが除去される。
【００２９】
ＣＤＳ処理とは、ＦＤ３００３の初期状態（リセット状態）での電位であるＮ信号と、画素３００３に発生した信号電荷がＦＤ３００３に転送された状態でのＦＤ３００３の電位であるＳ信号を受けて、Ｓ信号とＮ信号の差分信号を出力する処理のことである。Ｎ信号は、ＰＤ３００１からの電荷がＦＤ３００３に転送されない状態で、ＦＤ３００３の信号電位が読み出された信号である。また、Ｓ信号は、ＰＤ３００１からの信号電荷がＦＤ３００３に転送された状態で、ＦＤ３００３の信号電位が読み出された信号である。上記基準信号であるＮ信号と画素信号であるＳ信号の差分をとることにより、リセットノイズと１／ｆノイズの２つのノイズを除去できる。
【００３０】
まず、リセットノイズとは、ＦＤ３００３をリセットする度に発生するリセットレベルのばらつきであり、ここでは、リセットの度に発生する基準電位のばらつきと等価である。そこで、まずＦＤ３００３のリセット動作を行い、Ｎ信号を取得する。その直後にＰＤ３００１からＦＤ３００３に電荷を転送してＳ信号を読み出すことで、Ｓ信号は、リセットレベルのばらつき成分とＰＤ３００１からの電荷成分を足し合わせたものとなる。上記Ｓ信号から、Ｎ信号を減算することにより、ＰＤ３００１からの電荷成分のみを読み出すことが出来る。
【００３１】
また、１／ｆノイズとは、撮像素子１００２を構成するトランジスタの駆動周波数ｆ（Ｈｚ）に対し、その振幅が１／ｆ（Ｈｚ）の周期で揺らぐ現象である。揺らぎの周期が低周波であり、Ｓ信号とＮ信号の読み出し時間差程度では１／ｆノイズの変化量はほぼ無視できるため、ＣＤＳ動作によってその影響をキャンセルすることが出来る。上記で説明したように、ＣＤＳ動作によってリセットノイズや１／ｆノイズが除去される。しかし、ＣＤＳ動作では、列オフセットノイズや暗電流ノイズ、ＲＴＳノイズ、ランダムノイズなどは除去することができない。
【００３２】
列オフセットノイズは、垂直信号線３０１０より後ろで重畳されるノイズであり、垂直信号線３０１０の配線容量のばらつきや、列アンプ３００１のオフセットばらつきが要因である。暗電流ノイズは、ＰＤ３００１を構成するシリコンの結晶欠陥に起因するノイズであり、基準信号には重畳されないため、ＣＤＳ動作では除去できない。また、ＲＴＳノイズは、欠陥画素ＳＦ３００８で発生するノイズであるが、リセットノイズと異なり、１画素の読み出し時における基準信号とＰＤ信号それぞれに対してもノイズの発生量がばらつくため、ＣＤＳ動作では除去できない。ランダムノイズもまた、１画素の読み出し時における基準信号（Ｎ信号）とＰＤ信号（Ｓ信号）それぞれに対してもノイズの発生量がばらつくため、ＣＤＳ動作では除去できない。
【００３３】
次に、各列のＣＤＳ回路３０１２の信号出力は、Ｈレジスタ３０１３にて選択され、撮像素子１００２の外部に出力される。Ｈレジスタ３０１３の動作は公知のため、ここでは説明を省略する。上記のように、撮像素子１００２より出力される信号には、ＣＤＳ回路３０１２では除去できない列オフセットノイズ、ランダムノイズ、暗電流ノイズ、ＲＴＳノイズが重畳している。このうち、図５に示すように、ランダムノイズ、暗電流ノイズ、ＲＴＳノイズのいずれかを発生する欠陥画素２００６が、列オフセットノイズ検出領域２００４に存在すると、その影響により正しい列オフセットノイズ量を検出できない。すなわち、列オフセットノイズの検出量と、実際の列オフセットノイズ量に差異が生じ、誤検出が発生する。
【００３４】
そして、列オフセットノイズ補正領域２００５の出力信号から誤ったオフセット量が減算されてしまい、図５のような列オフセットノイズ誤補正列２００７として、出力画像に縦線状のノイズが発生する。列オフセット誤補正列２００７では、正常に列オフセットノイズ補正が行われた列に対し、列オフセットノイズの検出量が本来のノイズ量より多い場合では信号値が沈み、列オフセットノイズの検出量が本来のノイズ量より少ない場合では信号値が浮く。
【００３５】
次に、上記したランダムノイズ、暗電流ノイズ、ＲＴＳノイズの３種類のノイズの除去・抑圧方法を説明する。まず、暗電流起因のノイズについて説明する。暗電流起因のノイズは、同じアドレスの画素に対して読み出しのたびに発生し、そのレベルは大きなものでは数十ｍＶに達する。１つ目の対策としては、列オフセットノイズ検出領域２００４の全域の読み出しを行ってから平均値を計算する方法があげられる。上記方法は、ランダムノイズの抑圧に対しても有効である。ただし、暗電流起因のノイズレベルが大きい場合や、平均値を求めるために参照する画素数が少ない場合には、十分な抑圧効果を得ることができない。
【００３６】
２つ目の対策としては、１つ目の対策のように平均値を求める際に、予め暗電流ノイズを発生する単位画素３００７の検出を行う。そして、そのアドレスを列オフセットノイズ検出回路に記憶し、同アドレスの出力値は列オフセットノイズ検出結果には反映しない方法が挙げられる。３つ目の対策としては、列オフセットノイズ検出領域２００４の各行を読み出すごとに、巡回係数を用いて逐次列オフセットノイズ量を更新する方法が挙げられる。上記の方法においても、予め暗電流ノイズを発生する単位画素３００７の検出を行い、そのアドレスを列オフセットノイズ検出回路に記憶し、暗電流ノイズを発生する単位画素３００７の信号値を前置補間することで、その影響を除去できる。
【００３７】
上記した平均値の計算や、巡回係数を用いた列オフセットノイズ量の計算、前置補間処理は、列オフセットノイズ検出回路１００７で行う。このように、列オフセットノイズ検出回路１００７内で、列オフセットノイズ以外のノイズ除去処理を行うことにより、列オフセットノイズの補正を阻害するアドレス固定のノイズは、ＲＴＳノイズのみとなる。
【００３８】
ＲＴＳノイズは、欠陥画素ＳＦ３００８で発生し、トランジスタのソースフォロワの幅と長さの逆数に比例して特性が悪化する。このため、近年の高解像度化におけるＣＭＯＳセンサの画素構造微細化に伴い、ＲＴＳノイズの大きさと発生頻度は顕著に大きくなっている。また、複数のＰＤ３００１と転送トランジスタが１つの欠陥画素ＳＦ３００８を共有している場合では、欠陥画素ＳＦ３００８を介して読み出される画素３００９全てにＲＴＳノイズが発生する可能性がある。
【００３９】
ここで、可能性と表現しているのは、ＲＴＳノイズのノイズ量（出力値）は、読み出しの度に変化する特性があるためである。４つの単位画素３００９が１つの欠陥画素ＳＦ３００８を共有する場合では、ＲＴＳノイズを発生する欠陥画素ＳＦ３００８が１つ有った場合、列方向に連続する４つの画素出力がＲＴＳノイズの影響を受ける。さらに、発生頻度が不定期であることから、暗電流起因の暗電流ノイズのように予め欠陥位置の検出を行っても、検出漏れが発生しやすい問題もある。
【００４０】
図５を用いて説明すると、ＲＴＳノイズによって発生する列オフセットノイズ誤補正列２００７は、静止画撮影時においては、画面に縦線状のノイズとして確認される。また、スルー画像や動画撮影時においては、列オフセットノイズ検出領域２００４内でＲＴＳノイズが発生したフレームのみに、縦筋状のノイズが瞬くように観測される。これは、先に説明したように、ＲＴＳノイズは固定の位置に不定期に発生するためであり、静止画及び動画の画質を大きく損なう。ＲＴＳノイズの除去方法としては、先行例のように、信号の範囲に閾値を設け、その値を超える、または下回る場合には、その値を使用しない方法もある。しかし、ＲＴＳノイズが多い場合では、閾値内に収まる画素が少なくなり、平均化に使用できる画素数が減少するため、ランダムノイズが抑圧できない問題が発生する。
【００４１】
次に、図６を用いて、列オフセットノイズ検出領域２００４に具体的な行数を当てはめた状態での、ランダムノイズとＲＴＳノイズの抑圧方法を説明する。まず、図６のパターン１のように、フルＨＤ表示に足る画素数として、有効画素領域２００１内の列オフセットノイズ補正領域２００５から、横１９２０列分、縦１０８０行分の画素数を読み出すとし、１画素の読み出しに１クロックを使用するものとする。上記に加え、本パターンでは、ＶＯＢ領域２００３内の列オフセットノイズ検出領域２００４から、横１９２０列分、縦２５６行分の画素数を読み出すものとする。実際には、少なくともＨＯＢ領域２００２からも信号を読み出す必要があるが、本発明とは直接関係しないため省略する。また、撮像素子１００２からの出力が１系統で駆動周波数を６０ＭＨｚ（１クロック期間は駆動周波数の逆数）とし、ここでのフレームレートの比率は、読み出し画素数の比率と等しいとして、簡易的に計算している。
【００４２】
以下に、図４および図６を用いて詳しく説明する。図４では、４つの単位画素３００６が１つの画素ＳＦ３０１４に並列に接続されるか、４つの単位画素３００９が欠陥画素ＳＦ３００８に並列に接続される構成となっている。また、ＶＯＢ領域２００３には、２５６行の単位画素３００６が配置され、その一部が欠陥画素ＳＦ３００８に接続される単位画素３００９であるものとする。このとき、ある列で２個の欠陥画素ＳＦ３００８が存在した場合、その列における欠陥画素ＳＦ３００８に接続される単位画素３００９は８個となり、この数がＲＴＳノイズを発生する可能性のある画素数となる。
【００４３】
次に、上記の条件で、ランダムノイズおよびＲＴＳノイズの影響度を計算する。まず、ランダムノイズの影響度について計算する。列オフセットノイズ検出領域２００４として２５６行を読み出し、その平均値から列オフセットノイズを検出する場合、撮像素子１００２の出力に含まれるランダムノイズ量は各列のサンプリング数である２５６のルート分の１になる。従って、各列２５６画素の平均化処理を行った際に、各列の信号値に含まれるランダムノイズ量は、単純に各列１画素を読み出した場合に対し、１６分の１に減少する。
【００４４】
遮光状態でのランダムノイズ量は、０．５ｍＶ程度であるため、６４行を平均化した場合では、０．０３ｍＶ程度となる。アナログ回路で現実的に使用される限度レベルである３０倍のゲインをかけた場合でも０．９４ｍＶのノイズ量であり、１０００ｍＶをフルレンジとした場合では、フルレンジに対し０．０９４％の影響度となる。フルレンジに対する影響度が０．５％以下であれば、画質にはほとんど影響を与えないことがわかっており、列オフセットノイズを検出する上で、上記ランダムノイズのノイズ量は無視しても問題ないレベルである。
【００４５】
次に、同様の読み出し条件でのＲＴＳノイズの影響度について説明する。ここでは、列オフセット検出領域の１列あたりにＲＴＳノイズを発生する欠陥画素ＳＦ３００８が２つずつ存在するものとする。本実施例では、図４に示すように、１つの欠陥画素ＳＦ３００８に４つの単位画素３００９が接続されるため、１列あたりのＲＴＳノイズを含む画素は８画素となる。先に説明したように、ＲＴＳノイズは欠陥画素ＳＦ３００８で発生するが、その発生頻度は不定期である。
【００４６】
また、１つの欠陥画素ＳＦ３００８に接続されている４つの単位画素３００６の信号はどれを読み出しても、同程度のＲＴＳノイズの発生頻度とノイズ出力値を含んでいる。以下では、誤検出を防ぐため最も厳しい条件である、欠陥画素ソースフォロアに接続される全ての単位画素３００９でＲＴＳノイズが発生するという前提で試算を行う。ＲＴＳノイズの影響度は次の式１で計算される。ここで、ＲＴＳノイズの出力レベルは５ｍＶであるものと仮定する。
ＲＴＳノイズの影響度＝（ＲＴＳノイズ発生頻度×ＲＴＳノイズ出力レベル×ゲイン）／フルレンジ      （式１）
【００４７】
式１を用いて、最も厳しい条件でのＲＴＳノイズの発生頻度で計算すると、列オフセットノイズ検出量へのＲＴＳノイズの影響度は、（（８／２５６）×５×３０）／１０００＝０．００４６８％となる。これは、ランダムノイズ同様に、画質にはほとんど影響を与えない値である。この際のフレームレートは、有効画素領域２００１の画素数である、横１９２０画素、縦１０８０画素に加えて、列オフセットノイズ検出領域２００４の画素数である、横１９２０画素、縦２５６画素の信号の読み出し時間を考慮する必要がある。この場合のフレームレートは、２３．３９ｆｐｓとなる。この値は、ＮＴＳＣビデオのフレームレート（２９．９７ｆｐｓ）、ＰＡＬビデオのフレームレート（２５ｆｐｓ）、映画のフレームレート（２４ｆｐｓ）を下回り、撮像装置の動画性能を大きく制限することになる。
【００４８】
図６のパターン２のように、列オフセットノイズ検出領域２００４の上から６４行を読み出す場合、フレームレートは２７．３２ｆｐｓとなり、フレームレートを約１７％改善することができる。このフレームレートは、ＰＡＬビデオのフレームレート（２５ｆｐｓ）、映画のフレームレート（２４ｆｐｓ）を上回る。この場合に、ランダムノイズとＲＴＳノイズの影響度を式１を用いて計算した場合、ランダムノイズの影響度は０．１８８％となり、無視しても問題ないレベルであるが、ＲＴＳノイズの影響度は１．８％となり、画質に影響を与える可能性のあるレベルとなる。このように、単純に読み出し画素数を減らした場合、フレームレートを改善することができるものの、ＲＴＳノイズに対し十分な抑圧効果を得ることができなくなる。
【００４９】
そこで、本実施例では、ＯＢ画素部の列オフセットノイズ検出領域２００４では、画素共有構成の複数画素の一部の信号のみを読み出すことにより、ＲＴＳノイズが多い場合でも、少ないＯＢ画素数で列オフセットノイズの検出・補正を行うようにする。すなわち、図４において、画素ＳＦ３０１４を共有する（４ｎ，ａ）行、（４ｎ，ｂ）行、（４ｎ，ｃ）行、（４ｎ，ｄ）行の４つの単位画素３００６からなる画素グループから１画素のみの信号を読み出すように制御する。合計で２５６行ある列オフセットノイズ検出領域２００４のＯＢ画素のうちの６４行の信号を読み出すことになる。図６のパターン３は、このような読み出し方を示している。
【００５０】
ここでは、（４ｎ，ａ）行、（４ｎ＋１，ａ）行の信号を読み出し、最後に（４ｎ＋６３，ａ）行の信号を読み出すものとする。列オフセットノイズ検出領域２００４の各列で読み出される単位画素３００６の行数は６４であり、その中でＲＴＳノイズの発生源となり、各列に２つずつ存在する欠陥画素ＳＦ３００８に接続される単位画素３００９は２画素となる。ここで、式１を用いてＲＴＳノイズの影響度を計算した場合、（（２／６４）×５×３０）／１０００＝０．００４６８％となり、画質にほとんど影響を与えない値になることがわかる。
【００５１】
このように、列オフセットノイズ検出領域２００４の読み出し行を、ＦＤ３００３及び画素ＳＦ３０１４に接続される複数の単位画素３００６の信号を選択的に読み出すことで、次のような効果を得ることができる。すなわち、列オフセットノイズ検出領域２００４の読み出し画素数を減らしても、列オフセットノイズ検出結果へのＲＴＳノイズの影響度を抑えることができる。また、この場合のフレームレートは、図５のパターン２と等しく２７．３２ｆｐｓとなり、図５のパターン１のように２５６行の全ての信号を読み出す場合と比べて、フレームレートは約１３％向上する。
【００５２】
以上のように、画素共有構成の複数画素の一部の信号のみを読み出すことにより、ＲＴＳノイズが多い場合でも、少ないＯＢ画素数でＲＴＳノイズの影響を受けることなく、列オフセットノイズの検出・補正を行うことが可能となる。
【００５３】
（実施例２）
動画やスルー画像のように連続して複数フレームの画像を取り込む場合は、図７（ａ）のように異なるフレームで同一行の信号を読み出す方式と、図７（ｂ）のように異なるフレームで異なる行の信号を読み出す方式が考えられる。ここでは、列オフセット検出領域２００４内の信号読み出し行を第１フレームでは（ｎ，ａ）行のみとし、第２フレームでは（ｎ，ｂ）行のみ、同様に、第３、第４フレームでは、（ｎ，ｃ），（ｎ，ｄ）行のみの信号を読み出す。そして、第５フレームで再び（ｎ，ａ）行のみの信号を読み出す構成としている。
【００５４】
このような場合、図７（ｂ）のように読み出しを行うことで、暗電流ノイズを発生する単位画素３００７からのノイズのうち、従来例で述べた閾値を下回るようなレベルの低いものや、アドレスの検出に失敗した欠陥画素２００６の影響を軽減することができる。具体的には、図７（ｂ）のように読み出しを行い、フレーム間で列オフセットノイズ検出値の巡回平均演算を行うことが必要となる。
【００５５】
列オフセットノイズ検出領域２００４内の任意の一列の画素データに対する第１フレームの平均値をＳ１、第２フレームの平均値をＳ２とした場合、第２フレームの列オフセットノイズ補正領域２００５から減算するべき補正量ｓｕｂ２は、式２から求められる。
ｓｕｂ２＝α×Ｓ１＋（１−α）×Ｓ２      （式２）
【００５６】
また、上記式２をｎフレーム目で一般化すると、以下の式３になる。
ｓｕｂｎ＝α×Ｓ（ｎ−１）＋（１−α）×Ｓｎ      （式３）
【００５７】
ここで、αは巡回係数であり、０以上かつ１より小さい任意の値をとる。巡回係数αを０とすると、（ｎ−１）フレーム目の値を全く使用しない状態であり、１に近づくほど、（ｎ−１）フレーム目の影響度が大きくなる。暗電流起因のノイズは読み出し時に常に発生するが、上記巡回処理を行うことにより、その程度を低減することもできる。なお、暗電流ノイズの影響度に対しても、同様な式で説明することができる。この場合、第ｎフレーム目のノイズの影響度をＮｎとすると、以下の式４により表される。
ｓｕｂｎ＝α×Ｎ（ｎ−１）＋（１−α）×Ｎｎ      （式４）
【００５８】
図７を用いて、列オフセットノイズ検出領域２００４内の任意の１列において、第１フレームで読み出される行に５ｍＶの暗電流起因のノイズを含む画素が４画素含まれる場合について説明する。この場合、１フレーム目での当該列への暗電流ノイズの影響度は、ＲＴＳノイズの最も厳しい条件と同様の計算で、（（４／６４）×５×３０）／１０００＝０．００９３７％となる。巡回係数αを０．４とし、第２、第３、第４フレームおよび、２巡目の第１フレームでは、暗電流起因のノイズ、ＲＴＳノイズを含む欠陥画素２００６が無いものとする。その場合、第２フレームにおける暗電流起因のノイズ影響度は、（０．１）×０＋（１−０．１）×０．００９７３＝０．００８７６％となる。第３フレームにおける暗電流起因のノイズ影響度は、（０．１）×０＋（１−０．１）×０．００３８９＝０．００７８９％となる。第４フレームにおける暗電流起因のノイズ影響度は、（０．１）×０＋（１−０．１）×０．００１５６＝０．００７０９％となる。さらに、１巡後の第１フレームにおける暗電流起因のノイズ影響度は、（０．１）×０．００９７３＋（１−０．１）×０．００１２１）＝０．００７３６％となる。同様の計算を繰り返した結果を図８に示す。
【００５９】
図８のように、４つのフレームを経る毎に暗電流起因のノイズの影響は徐々に小さくなり、１０フレーム後には、問題とならないレベル（０．５％以下）に抑圧されることがわかる。上記のようにして、検出値を巡回させることにより、ＲＴＳノイズのみならず、暗電流起因のノイズをも有効に抑圧することができる。
【００６０】
また、本実施例では、４つの単位画素３００６が１つの画素ソースフォロア３０１４に接続されている場合において、その中の１つの単位画素３００６のみの信号を読み出しているが、４つの単位画素３００６の中から２画素分、３画素分の信号を読み出してもよい。すなわち、複数の単位画素３００６が１つの画素ソースフォロア３０１４に接続されている構成において、その中の一部の単位画素３００６のみの信号を読み出せばよい。そして、列オフセットノイズ検出領域２００４の全画素の信号を読み出した場合と比べて、フレームレートの向上が可能となる。
【００６１】
（その他の実施例）
また、本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。即ち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウェア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。
【符号の説明】
【００６２】
３００１  フォトダイオード
３００３  フローティングディフュージョン
３００５  増幅トランジスタ
３００６  単位画素
３０１０  垂直信号線
３０１１  列アンプ
３０１２  ＣＤＳ回路
３０１４  画素ソースフォロア
【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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