(57)【要約】  【課題】  一様光の照射を行うことなく各画素の感度のばらつき補正を行うことができる固体撮像装置を提供する。  【解決手段】    撮像データ取得時に、ＭＯＳトランジスタＴ８をオンにし、ＭＯＳトランジスタＴ９によるリセットを行った後、信号φＶＰＳを制御することによって対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１を閾値電圧に応じてリセットし、その後ＰＮ接合フォトダイオードＰＤへの入射光に応じた出力を行う。また、ノイズデータ取得時に、ＭＯＳトランジスタＴ８をオンにし、ＭＯＳトランジスタＴ９によるリセットを行った後、ＭＯＳトランジスタＴ８をオフにし、信号φＶＰＳを制御することによって対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１を閾値電圧に応じてリセットし、その後ＰＮ接合フォトダイオードＰＤへの入射光に関係しない出力を行う。【選択図】      図２
2006287343.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、
前記光電変換部の出力を対数変換するためのゲートとドレインが短絡された対数変換用ＭＯＳトランジスタと、
前記光電変換部と前記対数変換用ＭＯＳトランジスタとの間に設けられる光電変換部切り離しスイッチと、
オンになることによって前記光電変換部と前記光電変換部切り離しスイッチとの接続点電圧をリセットする強制リセットスイッチと、
前記光電変換部切り離しスイッチ及び前記強制リセットスイッチをオン／オフ制御する制御部とを有する画素回路を備え、
撮像データ取得時に、前記光電変換切り離しスイッチをオンにし、前記強制リセットスイッチによるリセットを行った後、前記対数変換用ＭＯＳトランジスタの前記光電変換部切り離しスイッチと接続されていない側の端部の電圧を制御することによって前記対数変換用ＭＯＳトランジスタを閾値電圧に応じてリセットし、その後前記光電変換部への入射光に応じた出力を行い、
ノイズデータ取得時に、前記光電変換切り離しスイッチをオンにし、前記強制リセットスイッチによるリセットを行った後、前記光電変換切り離しスイッチをオフにし、前記対数変換用ＭＯＳトランジスタの前記光電変換部切り離しスイッチと接続されていない側の端部の電圧を制御することによって前記対数変換用ＭＯＳトランジスタを閾値電圧に応じてリセットし、その後前記光電変換部への入射光に関係しない出力を行うことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
１フレーム分の撮像データ取得動作と１フレーム分のノイズデータ取得動作とを交互に行う請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
複数フレーム分の撮像データ取得動作と単数又は複数フレーム分のノイズデータ取得動作とを交互に行う請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
マトリクス状に配された前記画素回路を複数備え、
１フレーム分の撮像データ取得動作と１行分のノイズデータ取得動作とを交互に行うとともに、前記１行分のノイズデータ取得動作によるデータ取得行を順次変化させ、
全行分のノイズデータを取得した後に前記全行分のノイズデータに基づいて１フレーム分のノイズデータを生成する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
ｎ行ｍ列（ｎ、ｍは自然数）のマトリクス状に配された前記画素回路を複数備え、
１フレーム分の撮像データを取得した後、最初にｋ行目（ｋは１≦ｋ≦ｎの自然数）の撮像データの読み出しを行い、その後、ｋ行目のみのノイズデータを取得した後、１フレーム分のデータを１行目から順次読み出す動作をｋを順次変化させて繰り返し、
全行分のノイズデータを取得した後に前記全行分のノイズデータに基づいて１フレーム分のノイズデータを生成する請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
１フレーム分の撮像データを取得した後、最初にｋ行目（ｋは１≦ｋ≦ｎの自然数）の撮像データの読み出しを行い、その後、ｋ行目のみのノイズデータを取得した後、１フレーム分のデータを１行目から順次読み出す動作において、
ｋが１である場合は、
１番目に読み出す１行分のデータを、生成する撮像データの１行目に割り当て、
２番目に読み出す１行分のデータを、生成するノイズデータの１行目に割り当て、
３番目に読み出す１行分のデータから（ｎ＋１）番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの２行目からｎ行目に順次割り当て、
ｋが２≦ｋ≦ｎ−１である場合は、
１番目に読み出す１行分のデータを、生成する撮像データのｋ行目に割り当て、
２番目に読み出す１行分のデータからｋ番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの１行目から（ｋ−１）行目に順次割り当て、
（ｋ＋１）番目に読み出す１行分のデータを、生成するノイズデータのｋ行目に割り当て、
（ｋ＋２）番目に読み出す１行分のデータから（ｎ＋１）番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの（ｋ＋１）行目からｎ行目に順次割り当て、
ｋがｎである場合は、
１番目に読み出す１行分のデータを、生成する撮像データのｎ行目に割り当て、
２番目に読み出す１行分のデータからｎ番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの１行目から（ｎ−１）行目に順次割り当て、
（ｎ＋１）番目に読み出す１行分のデータを、生成するノイズデータのｎ行目に割り当てる請求項５に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各画素の感度のばらつき補正を行う固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、フォトダイオードなどの光電変換素子を有した固体撮像装置において、そのダイナミックレンジを大きくするために、入射光量に対して自然対数的に変換された電気信号を出力する固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。このような対数変換形固体撮像装置では、対数変換用ＭＯＳトランジスタの閾値電圧のばらつきによって各画素間で感度のばらつきが生じるため、画素間の固定パターンノイズ成分が生じてしまう。
【０００３】
そこで、一様光を照射した状態での撮像データを、撮像時の画像を補正するためのキャリブレーション用ノイズデータとして用いる対数変換形固体撮像装置が提案されている。
【特許文献１】特開平１１−３１３２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一様光を照射した状態での撮像データを、撮像時の画像を補正するためのキャリブレーション用ノイズデータとして用いる対数変換形固体撮像装置は、通常の撮像動作ではキャリブレーション用ノイズデータを取得することができず、リアルタイムで各画素の感度のばらつき補正を行うには一様光を照射した状態での撮像データを１フレーム分予め取得してフレームメモリに保管しておく必要がある。また、温度条件などが変化したとき各画素の感度ばらつきも変化するため、温度条件などが変化した場合にリアルタイムで各画素の感度のばらつき補正を行うには、温度条件などの変化に応じた一様光を照射した状態での撮像データを予め取得しておく必要がある。したがって、複数の条件に応じて取得された撮像データをフレームメモリに保管するために、フレームメモリのメモリ容量を大きくする必要がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑み、一様光の照射を行うことなく各画素の感度のばらつき補正を行うことができる固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と、前記光電変換部の出力を対数変換するためのゲートとドレインが短絡された対数変換用ＭＯＳトランジスタと、前記光電変換部と前記対数変換用ＭＯＳトランジスタとの間に設けられる光電変換部切り離しスイッチと、オンになることによって前記光電変換部と前記光電変換部切り離しスイッチとの接続点電圧をリセットする強制リセットスイッチと、前記光電変換部切り離しスイッチ及び前記強制リセットスイッチをオン／オフ制御する制御部とを有する画素回路を備え、撮像データ取得時に、前記光電変換切り離しスイッチをオンにし、前記強制リセットスイッチによるリセットを行った後、前記対数変換用ＭＯＳトランジスタの前記光電変換部切り離しスイッチと接続されていない側の端部の電圧を制御することによって前記対数変換用ＭＯＳトランジスタを閾値電圧に応じてリセットし、その後前記光電変換部への入射光に応じた出力を行い、ノイズデータ取得時に、前記光電変換切り離しスイッチをオンにし、前記強制リセットスイッチによるリセットを行った後、前記光電変換切り離しスイッチをオフにし、前記対数変換用ＭＯＳトランジスタの前記光電変換部切り離しスイッチと接続されていない側の端部の電圧を制御することによって前記対数変換用ＭＯＳトランジスタを閾値電圧に応じてリセットし、その後前記光電変換部への入射光に関係しない出力を行うようにしている。
【０００７】
このような構成によると、撮像データ取得時に前記光電変換部への入射光に応じた出力が得られ、ノイズデータ取得時に前記光電変換部への入射光に関係しない出力が得られるので、これらを用いた補正処理を行うことによって一様光の照射を行うことなく各画素の感度のばらつき補正を行うことができる。したがって、キャリブレーション用ノイズデータを予め取得する必要が無くなる。また、温度条件などが変化した場合にも、リアルタイムにキャリブレーション用ノイズデータを取得することができるので、複数の条件に応じて取得された撮像データをフレームメモリに保管するために、フレームメモリのメモリ容量を大きくする必要がなくなる。
【０００８】
また、上記構成の固体撮像装置において、１フレーム分の撮像データ取得動作と１フレーム分のノイズデータ取得動作とを交互に行うようにしてもよい。
【０００９】
また、上記構成の固体撮像装置において、複数フレーム分の撮像データ取得動作と単数又は複数フレーム分のノイズデータ取得動作とを交互に行うようにしてもよい。
【００１０】
また、上記構成の固体撮像装置において、マトリクス状に配された前記画素回路を複数備え、１フレーム分の撮像データ取得動作と１行分のノイズデータ取得動作とを交互に行うとともに、前記１行分のノイズデータ取得動作によるデータ取得行を順次変化させ、全行分のノイズデータを取得した後に前記全行分のノイズデータに基づいて１フレーム分のノイズデータを生成するようにしてもよい。これにより、１フレーム分の撮像データ取得動作と１フレーム分のノイズデータ取得動作とを交互に行う場合よりも高速フレームの撮像ができ、また、複数フレーム分の撮像データ取得動作と単数又は複数フレーム分のノイズデータ取得動作とを交互に行う場合に発生するコマ落ちを発生させずにノイズデータを取得することができる。
【００１１】
また、上記構成の固体撮像装置において、ｎ行ｍ列（ｎ、ｍは自然数）のマトリクス状に配された前記画素回路を複数備え、１フレーム分の撮像データを取得した後、最初にｋ行目（ｋは１≦ｋ≦ｎの自然数）の撮像データの読み出しを行い、その後、ｋ行目のみのノイズデータを取得した後、１フレーム分のデータを１行目から順次読み出す動作を前記ｋを順次変化させて繰り返し、全行分のノイズデータを取得した後に前記全行分のノイズデータに基づいて１フレーム分のノイズデータを生成するようにしてもよい。これにより、ノイズデータの取得を行わない場合と比較して露光出来ない期間は、ｋ行目１行分の撮像データ読み出し期間とｋ行目１行分のノイズデータ取得期間が増えるだけである。したがって、デッドタイムを極小化することができる。
【００１２】
なお、１フレーム分の撮像データを取得した後、最初にｋ行目（ｋは１≦ｋ≦ｎの自然数）の撮像データの読み出しを行い、その後、ｋ行目のみのノイズデータを取得した後、１フレーム分のデータを１行目から順次読み出す動作において、ｋが１である場合は、１番目に読み出す１行分のデータを、生成する撮像データの１行目に割り当て、２番目に読み出す１行分のデータを、生成するノイズデータの１行目に割り当て、３番目に読み出す１行分のデータから（ｎ＋１）番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの２行目からｎ行目に順次割り当て、ｋが２≦ｋ≦ｎ−１である場合は、１番目に読み出す１行分のデータを、生成する撮像データのｋ行目に割り当て、２番目に読み出す１行分のデータからｋ番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの１行目から（ｋ−１）行目に順次割り当て、（ｋ＋１）番目に読み出す１行分のデータを、生成するノイズデータのｋ行目に割り当て、（ｋ＋２）番目に読み出す１行分のデータから（ｎ＋１）番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの（ｋ＋１）行目からｎ行目に順次割り当て、ｋがｎである場合は、１番目に読み出す１行分のデータを、生成する撮像データのｎ行目に割り当て、２番目に読み出す１行分のデータからｎ番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの１行目から（ｎ−１）行目に順次割り当て、（ｎ＋１）番目に読み出す１行分のデータを、生成するノイズデータのｎ行目に割り当てるとよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る固体撮像装置によると、撮像データ取得時に光電変換部への入射光に応じた出力が得られ、ノイズデータ取得時に光電変換部への入射光に関係しない出力が得られるので、これらを用いた補正処理を行うことによって一様光の照射を行うことなく各画素の感度のばらつき補正を行うことができる。したがって、キャリブレーション用ノイズデータを予め取得する必要が無くなる。また、温度条件などが変化した場合にも、リアルタイムにキャリブレーション用ノイズデータを取得することができるので、複数の条件に応じて取得された撮像データをフレームメモリに保管するために、フレームメモリのメモリ容量を大きくする必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の実施形態について図面を参照して以下に説明する。本発明に係る固体撮像装置の一構成例を図１に示す。図１において、Ｇ11〜Ｇmnは行列配置（マトリクス配置）された画素を示している。１は垂直走査回路であり、各画素に信号φＶを与える行（ライン）３−１、３−２、…、３−ｎを順次走査していくとともに、ライン４−１、４−２、…、４−ｎを介して各画素に信号φＶＤを与える。２は水平走査回路であり、画素から出力信号線６−１、６−２、…、６−ｍに導出された光電変換信号を画素ごとに水平方向に順次読み出す。５は電源ラインである。各画素に対し、上記ライン３−１〜３−ｎ、４−１〜４−ｎや出力信号線６−１〜６−ｍ、電源ライン５だけでなく、他のライン（例えば、クロックラインやバイアス供給ライン等）も接続されるが、図１ではこれらについて省略する。
【００１５】
また、出力信号線６−１〜６−ｍのそれぞれには、定電流源７−１〜７−ｍが接続されるとともに、信号線６−１〜６−ｍのそれぞれを介して画素Ｇ11〜Ｇmnから与えられる撮像データとノイズデータをサンプルホールドする選択回路８−１〜８−ｍが設けられている。
【００１６】
画素Ｇab（ａ：１≦ａ≦ｍの自然数、ｂ：１≦ｂ≦ｎの自然数）からの出力となる撮像信号及びノイズ信号がそれぞれ、出力線６−ａを介して出力されるとともに、この出力信号線６−ａに接続された定電流源７−ａによって増幅され撮像データ及びノイズデータとして選択回路８−ａに供給される。この撮像データ及びノイズデータが選択回路８−ａによってサンプルホールドされる。選択回路８−ａによりサンプルホールドされた撮像データ及びノイズデータが補正部９に送出される。補正部９は、撮像データ及びノイズデータを保管するフレームメモリを有しており、選択回路８−１〜８−ｍより与えられた撮像データと選択回路８−１〜８−ｍより与えられたノイズデータとの差分処理を行うことで、対数変換用ＭＯＳトランジスタの閾値ばらつきに起因する画素ばらつきをキャンセルする。尚、上記撮像データ及び上記ノイズデータの読み出し手順並びに上記撮像データと上記ノイズデータとの差分処理の手順については後述する。
【００１７】
また、図１において不図示であるが、垂直走査回路１及び水平走査回路２はそれぞれ、タイミングジェネレータ及び電圧レギュレータと接続されており、垂直走査及び水平走査が実現される。また、図１において不図示であるが、図１に示す固体撮像装置は画素に供給する各信号の電圧値の制御を行う信号制御部を備えている。
【００１８】
続いて、図１に示す固体撮像装置の画素回路構成を図２に示す。図２に示す画素回路は、ＰＮ接合フォトダイオードＰＤと、対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１と、積分用ＭＯＳトランジスタＴ２と、第一のキャパシタＣ１と、第一のリセットＭＯＳトランジスタＴ３と、容量分割用ＭＯＳトランジスタＴ４と、第二のキャパシタＣ２と、第二のリセットＭＯＳトランジスタＴ５と、増幅用ＭＯＳトランジスタＴ６と、選択用ＭＯＳトランジスタＴ７と、光電変換部切り離し用ＭＯＳトランジスタＴ８と、強制リセット用ＭＯＳトランジスタＴ９とによって構成されている。
【００１９】
光電変換部であるＰＮ接合フォトダイオードＰＤのカソードが、光電変換部切り離し用ＭＯＳトランジスタＴ８を介して、対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレイン並びに積分用ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに接続されている。対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のソースに信号φＶＰＳが与えられ、ＰＮ接合フォトダイオードＰＤのアノードに直流電圧ＧＮＤが印加され、光電変換部切り離し用ＭＯＳトランジスタＴ８のゲートに信号φＳが与えられる。
【００２０】
ＰＮ接合フォトダイオードＰＤと光電変換部切り離し用ＭＯＳトランジスタＴ８との接続点に強制リセット用ＭＯＳトランジスタＴ９のソースが接続される。強制リセット用ＭＯＳトランジスタＴ９のゲートに信号φＲＳＴ＿ＬＯＧが与えられ、強制リセット用ＭＯＳトランジスタＴ９のドレインに低電圧である直流電圧ＶＲＳＢ＿ＬＯＧが印加される。
【００２１】
一端に直流電圧ＶＤＤが印加される第一のキャパシタＣ１の他端は、積分用ＭＯＳトランジスタＴ２のソース、第一のリセットＭＯＳトランジスタＴ３のドレイン、及び容量分割用ＭＯＳトランジスタＴ４のドレインに接続される。積分用ＭＯＳトランジスタＴ２のドレインに直流電圧ＧＮＤが印加され、第一のリセットＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに信号φＲＳＴ＿Ａが与えられ、第一のリセットＭＯＳトランジスタＴ３のソースに信号φＲＳＢが与えられ、容量分割用ＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに信号φＳＷが与えられる。
【００２２】
ライン４によって信号φＶＤが一端に与えられる第二のキャパシタＣ２の他端は、容量分割用ＭＯＳトランジスタＴ４のソース、第二のリセットＭＯＳトランジスタＴ５のドレイン、及び増幅用ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートに接続される。また、増幅用ＭＯＳトランジスタＴ６のソースに選択用ＭＯＳトランジスタＴ７のドレインが接続され、選択用ＭＯＳトランジスタＴ７のソースに出力信号線６が接続される。第二のリセットＭＯＳトランジスタＴ５のゲートに信号φＲＳＴ＿Ｂが与えられ、第二のリセットＭＯＳトランジスタＴ５のソースに信号φＲＳＢが与えられ、増幅用ＭＯＳトランジスタＴ６のドレインに直流電圧ＧＮＤが印加され、ライン３によって信号φＶが選択用ＭＯＳトランジスタＴ７のゲートに与えられる。
【００２３】
図１に示す固体撮像装置において、露光時間の開始、終了を全画素で一致させることで、全画素同時に撮影を開始、終了することが可能となる。すなわち、１フレーム中の露光時間の開始タイミングである第１のキャパシタＣ１のリセット終了時点と、１フレーム中の露光時間の終了タイミングである第一のキャパシタＣ１と第二のキャパシタＣ１との容量分割終了時点とを全画素で一致させることによって、全画素同時シャッター機能を実現することができる。
【００２４】
次に、図１に示す固体撮像装置の画素による撮像データ取得動作及びノイズデータ取得動作の概略について図３及び図４のタイミングチャートを参照して以下に説明する。図３は撮像データ取得時に画素回路に与えられる各信号の変遷を示すタイミングチャートであり、図４はノイズデータ取得時に画素回路に与えられる各信号の変遷を示すタイミングチャートである。尚、本発明のポイントでない部分の駆動パルスタイミングについては説明を省略する。
【００２５】
先ず、撮像データ取得動作について説明する。撮像データ取得時では、光電変換部切り離し用ＭＯＳトランジスタＴ８を制御する信号φＳは常時Ｌｏｗレベルである。このため、ＰＮ接合フォトダイオードＰＤは、撮像データ取得時において常に対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１に電気的に接続された状態になっている。信号φＲＳＴ＿ＬＯＧをＬｏｗレベルにすることにより強制リセット用ＭＯＳトランジスタＴ９をオンにし、ＰＮ接合フォトダイオードＰＤ及び対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１を低電圧（直流電圧ＶＲＳＢ＿ＬＯＧ）にリセットする（図３中のＰ１）。その後、信号φＲＳＴ＿ＬＯＧをＨｉｇｈレベルに戻すことにより強制リセット用ＭＯＳトランジスタＴ９をオフにし、信号φＶＰＳをＨｉｇｈレベルとし対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧を高くすることにより、対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレインと積分用ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートを、対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧ばらつきに応じた撮像開始レベルにリセットする（図３中のＰ２）。なお、図３中のＰ２の期間中に、第一のリセットＭＯＳトランジスタＴ３をオンにし、容量分割用ＭＯＳトランジスタＴ４をオフにして、第一のキャパシタＣ１をリセットする。
【００２６】
その後は通常の撮影であるため、駆動パルスタイミングの説明を省略し、概略動作のみを説明する。第一のリセットＭＯＳトランジスタＴ３をオフにし、容量分割用ＭＯＳトランジスタＴ４をオフにした状態において、入射光量に応じた光電流がＰＮ接合フォトダイオードＰＤで発生し、前記光電流が対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１に流れ込む。そして、前記光電流を対数変換した電圧が対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに発生する。対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のゲートと積分用ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートが接続されており、積分用ＭＯＳトランジスタＴ２を通じて負の電荷が第一のキャパシタＣ１に流れ込み、第一のキャパシタＣ１によって保持される。したがって、第一のキャパシタＣ１と積分用ＭＯＳトランジスタＴ２との接続ノードに現れる電圧が入射光量の積分値に自然対数的に比例した値となる。
【００２７】
容量分割用ＭＯＳトランジスタＴ４をオンにし、第二のリセットＭＯＳトランジスタＴ５はオフにして、第一のキャパシタＣ１と第二のキャパシタＣ１との容量分割を行う。これにより、第一のキャパシタＣ１に保持されているデータ（ここでは撮像データ）が第二のキャパシタＣ２に転送され、その後、容量分割用ＭＯＳトランジスタＴ４をオフにする。
【００２８】
第二のキャパシタＣ２と増幅用ＭＯＳトランジスタＴ６のゲートが接続されているため、増幅用ＭＯＳトランジスタＴ６は第二のキャパシタＣ２によって保持されている電荷に応じた電圧を出力する。このため、増幅用ＭＯＳトランジスタＴ６の出力電圧はＰＮ接合フォトダイオードＰＤへの入射光に応じた且つ対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧ばらつきを反映した値になる。そして、増幅用ＭＯＳトランジスタＴ６の出力電圧は、選択用ＭＯＳトランジスタＴ７がオンしたときに信号出力線６を通じて画素の外にデータ（ここでは撮像データ）として読み出される。
【００２９】
データ（ここでは撮像データ）の読み出し終了後、第二のリセットＭＯＳトランジスタＴ５をオンにして、第二のキャパシタＣ２をリセットする。
【００３０】
続いてノイズデータ取得動作について説明する。ノイズデータ取得時では先ず、信号φＳをＬｏｗレベルとしてＰＮ接合フォトダイオードＰＤと対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１とが電気的に接続された状態にし、その状態において、信号φＲＳＴ＿ＬＯＧをＬｏｗレベルにすることにより強制リセット用ＭＯＳトランジスタＴ９をオンにし、ＰＮ接合フォトダイオードＰＤ及び対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１を低電圧（直流電圧ＶＲＳＢ＿ＬＯＧ）にリセットする（図４中のＰ３）。その後、信号φＲＳＴ＿ＬＯＧをＨｉｇｈレベルに戻すことにより強制リセット用ＭＯＳトランジスタＴ９をオフにするとともに、信号φＳをＨｉｇｈレベルとしてＰＮ接合フォトダイオードＰＤと対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１とが電気的に接続されない状態にし、その状態において信号φＶＰＳをＨｉｇｈレベルとし対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のソース電圧を高くすることにより、対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のゲート及びドレインと積分用ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートを、対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧ばらつきに応じた撮像開始レベルにリセットする（図４中のＰ４）。
【００３１】
その後は上述した通常の撮影と同様であり、増幅用ＭＯＳトランジスタＴ６の出力電圧はＰＮ接合フォトダイオードＰＤへの入射光に関係しない且つ対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１の閾値電圧ばらつきを反映した値となり、選択用ＭＯＳトランジスタＴ７がオンしたときに信号出力線６を通じて画素の外にデータ（ここではノイズデータ）として読み出される。
【００３２】
次に、撮像データ及びノイズデータの読み出し手順並びに撮像データとノイズデータとの差分処理の手順について説明する。
【００３３】
第一の実施形態では、上述したタイミングジェネレータ及び信号制御部の制御により、１フレーム分の撮像データ取得動作と１フレーム分のノイズデータ取得動作とを交互に行うようにしている。１フレーム分のノイズデータを取得する度に差分処理に用いるノイズデータを更新するようにしても良く、複数フレーム分のノイズデータを平均化処理して差分処理に用いても良い。
【００３４】
第二の実施形態では、上述したタイミングジェネレータ及び信号制御部の制御により、複数フレーム分の撮像データ取得動作と単数又は複数フレーム分のノイズデータ取得動作とを交互に行うようにしている。撮像データのフレーム数とノイズデータのフレーム数の組み合わせは、固定されているものであっても良く、温度変化などの環境変化に応じて変化するものであって良く、ユーザー操作により任意に設定できるものであっても良い。
【００３５】
環境変化を検出するセンサ（例えば温度センサ）を設け、上述した信号制御部が前記センサの出力に応じた制御を行うことにより、撮像データのフレーム数とノイズデータのフレーム数の組み合わせを温度変化などの環境変化に応じて変化させることができる。また、撮像データのフレーム数とノイズデータのフレーム数の組み合わせに関する情報を入力する入力部を設け、上述した信号制御部が前記情報に応じた制御を行うことにより、撮像データのフレーム数とノイズデータのフレーム数の組み合わせをユーザー操作により任意に設定することができる。
【００３６】
第三の実施形態では、上述したタイミングジェネレータ及び信号制御部の制御により、１フレーム分の撮像データ取得動作と１行分のノイズデータ取得動作とを交互に行うとともに、前記１行分のノイズデータ取得動作によるデータ取得行を順次変化させるようにしている。そして、全行分のノイズデータを取得した後にフレームメモリに保管されている前記全行分のノイズデータに基づいて１フレーム分のノイズデータを生成する。
【００３７】
例えば、１フレーム目の撮像データを読み出し、その後１行目のみのノイズデータを読み出し、その後２フレーム目の撮像データを読み出し、その後２行目のみのノイズデータの読み出し、その後３フレーム目の撮像データを読み出す。例えば、全画素での行数が４８０である場合、ｋフレーム目の撮像データを読み出した後にｋ行目のみのノイズデータを読み出す動作を４８０回繰り返すことで、１〜４８０行目のノイズデータを４８０フレームかけて取得する。この１〜４８０行目のノイズデータを合成して１フレーム分のノイズデータとし、差分処理に用いる。第三の実施形態では、第一の実施形態よりも高速フレームの撮像ができ、また、第二の実施形態で発生するコマ落ちを発生させずにノイズデータを取得することができる。
【００３８】
以下に説明する第四の実施形態に係る撮像データ及びノイズデータの読み出し手順並びに撮像データとノイズデータとの差分処理の手順は、露光とデータ読み出しが同時に行われる画素回路（例えば上述した図２に示す画素回路）に対して有効なものである。
【００３９】
ここで、図５を参照して、図２に示す画素回路での露光とデータ読み出しのタイミングについて説明する。図示するように、撮像データの露光、第一のキャパシタＣ１から第二のキャパシタＣ２への撮像データの転送、ＰＮ接合フォトダイオードＰＤ及び対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のリセット、撮像データの読み出し（読み出し終了後の第二のキャパシタＣ２のリセットを含む）が順次行われ、撮像データの読み出し中に次のノイズデータの露光が行われる。その後、第一のキャパシタＣ１から第二のキャパシタＣ２へのノイズデータの転送、ＰＮ接合フォトダイオードＰＤ及び対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のリセット、ノイズデータの読み出し（読み出し終了後の第二のキャパシタＣ２のリセットを含む）が順次行われ、ノイズデータの読み出し中に次の撮像データの露光が行われる。その後、第一のキャパシタＣ１から第二のキャパシタＣ２への撮像データの転送、ＰＮ接合フォトダイオードＰＤ及び対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のリセット、撮像データの読み出しが順次行われる。このように露光中に前回撮影分のデータが読み出されているため、上述した第三実施形態のように１フレーム分の撮像データ取得動作と１行分のノイズデータ取得動作とを交互に行った場合、１行分のノイズデータ取得動作中に１フレーム分の撮像データを読み出す必要があり、事実上高速フレームでの撮像ができなくなる。
【００４０】
第四の実施形態での露光とデータ読み出しのタイミングについて図６を参照して説明する。図示するように、撮像データの露光、第一のキャパシタＣ１から第二のキャパシタＣ２への撮像データの転送が順次行われる。その後、ｋ行目の撮像データの読み出し（読み出し終了後のｋ行目のみの第二のキャパシタＣ２のリセットを含む）が行われ、ｋ行目のみＰＮ接合フォトダイオードＰＤ及び対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のリセットしてからｋ行目のみノイズデータを取得する。その後、全行分のＰＮ接合フォトダイオードＰＤ及び対数変換用ＭＯＳトランジスタＴ１のリセット、全行分のデータの読み出し（読み出し終了後の第二のキャパシタＣ２のリセットを含む）が順次行われ、データの読み出し中に次の撮像データの露光が行われる。なお、上記全行分のデータの読み出しでは、１行目から順次データが読み出されるが、ｋ行目以外は撮像データが読み出され、ｋ行目はノイズデータが読み出される。これにより、ノイズデータの取得を行わない場合と比較して露光出来ない期間は、ｋ行目１行分の撮像データ読み出し期間とｋ行目１行分のノイズデータ取得期間が増えるだけである。したがって、デッドタイムを極小化することができる。例えば、全画素での行数が４８０である場合、ｋ＝１、２、３、…、４８０と順次変化させることで、４８０フレーム後には全行分のノイズデータを取得することができる。この１〜４８０行目のノイズデータを合成して１フレーム分のノイズデータとし、差分処理に用いる。
【００４１】
なお、第四の実施形態での露光とデータ読み出しのタイミング動作、すなわち１フレーム分の撮像データを取得した後、最初にｋ行目（ｋは１≦ｋ≦ｎの自然数）の撮像データの読み出しを行い、その後、ｋ行目のみのノイズデータを取得した後、１フレーム分のデータを１行目から順次読み出す動作において、読み出したデータに基づく撮像データ及びノイズデータの生成を以下のように行うとよい。
【００４２】
ｋが１である場合は、１番目に読み出す１行分のデータを、生成する撮像データの１行目に割り当て、２番目に読み出す１行分のデータを、生成するノイズデータの１行目に割り当て、３番目に読み出す１行分のデータから（ｎ＋１）番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの２行目からｎ行目に順次割り当てる。また、ｋが２≦ｋ≦ｎ−１である場合は、１番目に読み出す１行分のデータを、生成する撮像データのｋ行目に割り当て、２番目に読み出す１行分のデータからｋ番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの１行目から（ｋ−１）行目に順次割り当て、（ｋ＋１）番目に読み出す１行分のデータを、生成するノイズデータのｋ行目に割り当て、（ｋ＋２）番目に読み出す１行分のデータから（ｎ＋１）番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの（ｋ＋１）行目からｎ行目に順次割り当てる。また、ｋがｎである場合は、１番目に読み出す１行分のデータを、生成する撮像データのｎ行目に割り当て、２番目に読み出す１行分のデータからｎ番目に読み出す１行分のデータまでを、生成する撮像データの１行目から（ｎ−１）行目に順次割り当て、（ｎ＋１）番目に読み出す１行分のデータを、生成するノイズデータのｎ行目に割り当てる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】は、本発明に係る固体撮像装置の一構成例を示す図である。
【図２】は、図１に示す固体撮像装置の画素回路構成を図である。
【図３】は、撮像データ取得時に画素回路に与えられる各信号の変遷を示すタイミングチャートである。
【図４】は、ノイズデータ取得時に画素回路に与えられる各信号の変遷を示すタイミングチャートである。
【図５】は、図２に示す画素回路での露光とデータ読み出しのタイミングを示す図である。
【図６】は、第四の実施形態での露光とデータ読み出しのタイミングを示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    垂直走査回路
２    水平走査回路
３、３−１〜３−ｎ    ライン
４、４−１〜４−ｎ    ライン
５    電源ライン
６、６−１〜６−ｍ    信号出力線
７−１〜７−ｍ    定電流源
８−１〜８−ｍ    選択回路
９    補正部
Ｇ11〜Ｇmn    画素
Ｃ１    第一のキャパシタ
Ｃ２    第二のキャパシタ
ＰＤ    ＰＮ接合フォトダイオード
Ｔ１    対数変換用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ２    積分用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ３    第一のリセットＭＯＳトランジスタ
Ｔ４    容量分割用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ５    第二のリセットＭＯＳトランジスタ
Ｔ６    増幅用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ７    選択用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ８    光電変換部切り離し用ＭＯＳトランジスタ
Ｔ９    強制リセット用ＭＯＳトランジスタ
【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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