(57)【要約】  【課題】  本発明は、画像信号とノイズ信号との差分により生じるオフセットを低減して縦筋ノイズを抑制する固体撮像装置を提供することを目的とする。  【解決手段】  画素をリセット状態に保持したまま、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍそれぞれをＯＮとし、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍ，Ｃ２−１〜Ｃ２−ｍそれぞれに、リセット状態で得られるノイズ信号をサンプルホールドする。その後、各列毎に、この２つのノイズ信号の減算した値を差動増幅器１７より出力し、補正データとして後段のラインメモリに格納する。【選択図】      図２
2006148455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じた電気信号を出力する光電変換部を備えるとともに前記光電変換部の感度バラツキを示すノイズ信号と前記光電変換部による光電変換動作により得られる画像信号とを出力する複数の画素と、同一列に配置された複数の前記画素と接続されるとともに列毎に配置された複数本の出力信号線と、前記出力信号線それぞれと接続されて前記画素から出力される画像信号をサンプルホールドするとともに列毎に配置された複数の第１サンプルホールド回路と、前記出力信号線それぞれと接続されて前記画素から出力されるノイズ信号をサンプルホールドするとともに列毎に配置された複数の第２サンプルホールド回路と、前記第１サンプルホールド回路からの画像信号から前記第２サンプルホールド回路からのノイズ信号を減算する差動増幅器と、を備える固体撮像装置において、
前記第１サンプルホールド回路の出力側に設けられる第１負荷抵抗と前記第２サンプルホールド回路の出力側に設けられる第２負荷抵抗との間のバラツキによって生じるノイズ成分による補正データを各列毎に記録する補正データ記憶部と、
前記差動増幅器で前記ノイズ信号が減算される前記画像信号を、当該画像信号と同列の前記補正データ記憶部における前記補正データに基づいて補正する補正処理部と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
各列毎に、
前記第１及び第２サンプルホールド回路それぞれに同一となる前記画素の前記ノイズ信号をそれぞれ第１ノイズ信号及び第２ノイズ信号としてサンプルホールドした後、
前記第１サンプルホールド回路からの前記第１ノイズ信号と前記第２サンプルホールド回路からの前記第２ノイズ信号とを前記差動増幅器で減算した値に基づいて前記補正データを生成することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記各画素が、
前記光電変換部をリセット状態に維持したままとするとともに、
通常の撮像動作において前記画像信号を出力するタイミングで前記第１ノイズ信号を出力して前記第１サンプルホールド回路にサンプルホールドし、
通常の撮像動作において前記ノイズ信号を出力するタイミングで前記第２ノイズ信号を出力して前記第２サンプルホールド回路にサンプルホールドすることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記各画素が、前記光電変換部をリセット状態した後に、同一のタイミングで前記第１及び第２ノイズ信号を出力することを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記画素が、前記光電変換部をリセット状態とした後にノイズ信号を出力するとともに、前記光電変換部をリセット状態から復帰させて撮像動作を行った後に画像信号を出力し、
２フレームの一方のフレームにおいて、前記画像信号を前記第１サンプルホールド回路に格納するとともに、前記ノイズ信号を前記第２サンプルホールド回路に格納し、前記差動増幅器で前記画像信号から前記ノイズ信号を減算した値を第１補正データとし、
２フレームの他方のフレームにおいて、前記ノイズ信号を前記第１サンプルホールド回路に格納するとともに、前記画像信号を前記第２サンプルホールド回路に格納し、前記差動増幅器で前記ノイズ信号から前記画像信号を減算した値を第２補正データとし、
前記第１補正データと前記第２補正データとの中間値により求められた前記補正データを、前記補正データ記憶部に格納することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記画素に入射される光を遮光するメカシャッターを備えるとともに、該メカシャッターを閉じて前記画素を遮光したときに動作することで、前記第１及び第２補正データが生成されることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
複数行分の前記画素を動作することによって、各行毎に得られる各列の補正データを平均化又は加重平均化することで、前記補正データ記憶部に格納するための各列の補正データが生成されることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記光電変換部が遮光された遮光画素が動作することによって、前記第１及び第２補正データが生成されることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記遮光画素を複数行備えるとともに、各行毎に得られる各列の補正データを平均化又は加重平均化することで、前記補正データ記憶部に格納するための各列の補正データが生成されることを特徴とする請求項８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、入射光量に応じた電気信号を出力する固体撮像装置に関するもので、特に、本発明は、各画素の感度のバラツキ補正を行う固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より使用されている固体撮像装置には、光電変換素子で発生した光電荷を読み出す手段によってＣＣＤ型とＣＭＯＳ型に大きく分けられる。ＣＣＤ型は光電荷をポテンシャルの井戸に蓄積しつつ、転送するようになっており、又、ＣＭＯＳ型はフォトダイオードのｐｎ接合容量に蓄積した電荷をＭＯＳトランジスタを通して読み出すようになっている。そして、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置について、本出願人は、そのダイナミックレンジを広くするために対数変換動作を行う構成とした固体撮像装置や、線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることが可能な固体撮像装置を提案している（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
又、このような固体撮像装置は、その出力信号線を介して、撮像動作を行った際の画像信号と、各画素の感度のバラツキにを表すノイズ信号とを、それぞれ各画素毎に出力するとともに、画像信号からノイズ信号を差し引くことによって、各画素の感度のバラツキを補正することができる（特許文献３、特許文献４参照）。このように各画素の感度のバラツキ補正を行うことができる固体撮像装置を、図２に示す。
【０００４】
図２の固体撮像装置は、行列配置（マトリクス配置）された画素Ｇ11〜Ｇmnが、垂直走査回路１１によって行毎に信号が行（ライン）１３−１，１３−２，…，１３−ｎに順次与えられることで、各行毎に、各列の画素の信号が出力信号線１４−１，１４−２，…，１４−ｍそれぞれに出力される。このとき、出力信号線１４−１〜１４−ｍそれぞれには、負荷トランジスタとなるＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍのドレインがそれぞれ接続されるため、出力信号線１４−１〜１４−ｍそれぞれに電圧信号が出力される。
【０００５】
又、出力信号線１４−１〜１４−ｍのそれぞれに、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ及びスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍが接続される。そして、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍがＯＮとされることで、出力信号線１４−１〜１４−ｍからの画像信号が、それぞれ、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに与えられてサンプルホールドされる。更に、スイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍがＯＮとされることで、出力信号線１４−１〜１４−ｍからのノイズ信号が、それぞれ、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに与えられてサンプルホールドされる。
【０００６】
そして、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに与えられてサンプルホールドされた画像信号は、それぞれ、水平走査回路１２によってその内部スイッチがＯＮとされるバッファ１５−１〜１５−ｍを介して、差動増幅器１７の非反転入力端子に与えられる。又、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに与えられてサンプルホールドされたノイズ信号は、それぞれ、水平走査回路１２によってその内部スイッチがＯＮとされるバッファ１６−１〜１６−ｍを介して、差動増幅器１７の反転入力端子に与えられる。よって、差動増幅器１７において、同一の画素の画像信号からノイズ信号を減算する減算処理が行われることで、各画素の感度バラツキが起因するノイズ成分が除去された画像信号が出力される。
【０００７】
更に、バッファ１５−１〜１５−ｍ及びバッファ１６−１〜１６−ｍは、図３のように、ＭＯＳトランジスタで構成される。即ち、バッファ５０（図２のバッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍに相当する）は、スイッチＳ（図２のスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍに相当する）とキャパシタＣ（図２のキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍ，Ｃ２−１〜Ｃ２−ｍに相当する）との接続ノードにゲートが接続されたＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ１と、ＭＯＳトランジスタＱ１のソースにドレインが接続されたＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ２と、ＭＯＳトランジスタＱ２のソースにドレインが接続されたＮチャネルのＭＯＳトランジスタＱ３とで構成される。
【０００８】
又、ＭＯＳトランジスタＱ１のドレインには、直流電圧ＶDDが印加される。更に、ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートにパルス信号φＰが与えられて、ＭＯＳトランジスタＱ２がスイッチとして動作するとともに、ＭＯＳトランジスタＱ３のゲートには直流電圧が印加されるとともに、ソースに直流電圧ＶSSが印加されて、ＭＯＳトランジスタＱ３が定電流源として動作する。又、ＭＯＳトランジスタＱ２のソースとＭＯＳトランジスタＱ３のドレインとの接続ノードが、バッファ５の出力となる。尚、ＭＯＳトランジスタＱ２が、バッファ５０の内部スイッチとして、水平走査回路１２から与えられる信号φＰによってＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【０００９】
【特許文献１】特開平１１−３１３２５７号公報
【特許文献２】特開２００２−７７７３３号公報
【特許文献３】特開２００１−２５１５５６号公報
【特許文献４】特開２００２−１０２７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、図２のように、各画素から与えられる画像信号及びノイズ信号を差動増幅器７に送出するバッファを別々のバッファとしている。よって、画像信号を与えるバッファ１５（図２のバッファ１５−１〜１５−ｍに相当する）とノイズ信号を与えるバッファ１６（図２のバッファ１６−１〜１６−ｍに相当する）内に構成される各素子の特性にバラツキができるので、列毎に各画素から出力される画像信号の補正される度合いにバラツキができる。
【００１１】
これは、図３におけるバッファ５０内のＭＯＳトランジスタＱ１がソースフォロワのトランジスタとして構成されるが、定電流源として動作するＭＯＳトランジスタＱ３の閾値バラツキが原因となり、バッファ１５，１６それぞれで増幅される度合いにバラツキができるためである。即ち、バッファ１５，１６のＭＯＳトランジスタＱ３の閾値バラツキによる誤差出力をそれぞれ、Ｖｘ、Ｖｙとするとともに、バッファ１５より出力される画像信号から誤差出力Ｖｘを除いた値をＶｓとし、又、バッファ１６より出力されるノイズ信号から誤差出力Ｖｙを除いた値をＶｎとすると、差動増幅器１７より出力される画像信号の値Ｖｏｕｔが、式（１）のように表され、オフセット（Ｖｘ−Ｖｙ）が生じることがわかる。
Ｖｏｕｔ＝（Ｖｓ＋Ｖｘ）−（Ｖｎ＋Ｖｙ）＝（Ｖｓ−Ｖｎ）＋（Ｖｘ−Ｖｙ）  …（１）
【００１２】
このように、増幅度の異なるバッファ１５，１６から送出されるノイズ信号で画像信号を補正したとき、各列のバッファ１５，１６におけるＭＯＳトランジスタＱ３の閾値バラツキが原因となり、差動増幅器１７における演算処理により生じるオフセット（Ｖｘ−Ｖｙ）にバラツキが生じるため、オフセットノイズが生じることとなる。よって、差動増幅器１７より出力される画像信号が画像として再生されたとき、このバッファ１５，１６及び差動増幅器１７による値（Ｖｘ−Ｖｙ）のオフセットノイズが起因して、縦筋ノイズとなる固定パターンノイズ（ＦＰＮ）が発生する。
【００１３】
このような問題を鑑みて、本発明は、画像信号とノイズ信号との差分により生じるオフセットを低減して縦筋ノイズを抑制す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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、入射光量に応じた電気信号を出力する光電変換部を備えるとともに前記光電変換部の感度バラツキを示すノイズ信号と前記光電変換部による光電変換動作により得られる画像信号とを出力する複数の画素と、同一列に配置された複数の前記画素と接続されるとともに列毎に配置された複数本の出力信号線と、前記出力信号線それぞれと接続されて前記画素から出力される画像信号をサンプルホールドするとともに列毎に配置された複数の第１サンプルホールド回路と、前記出力信号線それぞれと接続されて前記画素から出力されるノイズ信号をサンプルホールドするとともに列毎に配置された複数の第２サンプルホールド回路と、前記第１サンプルホールド回路からの画像信号から前記第２サンプルホールド回路からのノイズ信号を減算する差動増幅器と、を備える固体撮像装置において、前記第１サンプルホールド回路の出力側に設けられる第１負荷抵抗と前記第２サンプルホールド回路の出力側に設けられる第２負荷抵抗との間のバラツキによって生じるノイズ成分による補正データを各列毎に記録する補正データ記憶部と、前記差動増幅器で前記ノイズ信号が減算される前記画像信号を、当該画像信号と同列の前記補正データ記憶部における前記補正データに基づいて補正する補正処理部と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
このような構成の固体撮像装置において、各列毎に、前記第１及び第２サンプルホールド回路それぞれに同一となる前記画素の前記ノイズ信号をそれぞれ第１ノイズ信号及び第２ノイズ信号としてサンプルホールドした後、前記第１サンプルホールド回路からの前記第１ノイズ信号と前記第２サンプルホールド回路からの前記第２ノイズ信号とを前記差動増幅器で減算した値に基づいて前記補正データを生成するものとしても構わない。
【００１６】
このとき、前記各画素が、前記光電変換部をリセット状態に維持したままとするとともに、通常の撮像動作において前記画像信号を出力するタイミングで前記第１ノイズ信号を出力して前記第１サンプルホールド回路にサンプルホールドし、通常の撮像動作において前記ノイズ信号を出力するタイミングで前記第２ノイズ信号を出力して前記第２サンプルホールド回路にサンプルホールドするものとしても構わないし、前記各画素が、前記光電変換部をリセット状態した後に、同一のタイミングで前記第１及び第２ノイズ信号を出力するものとしても構わない。
【００１７】
又、前記画素が、前記光電変換部をリセット状態とした後にノイズ信号を出力するとともに、前記光電変換部をリセット状態から復帰させて撮像動作を行った後に画像信号を出力し、２フレームの一方のフレームにおいて、前記画像信号を前記第１サンプルホールド回路に格納するとともに、前記ノイズ信号を前記第２サンプルホールド回路に格納し、前記差動増幅器で前記画像信号から前記ノイズ信号を減算した値を第１補正データとし、２フレームの他方のフレームにおいて、前記ノイズ信号を前記第１サンプルホールド回路に格納するとともに、前記画像信号を前記第２サンプルホールド回路に格納し、前記差動増幅器で前記ノイズ信号から前記画像信号を減算した値を第２補正データとし、前記第１補正データと前記第２補正データとの中間値により求められた前記補正データを、前記補正データ記憶部に格納するものとしても構わない。
【００１８】
このとき、前記画素に入射される光を遮光するメカシャッターを備えるとともに、該メカシャッターを閉じて前記画素を遮光したときに動作することで、前記第１及び第２補正データが生成されるものとしても構わないし、前記光電変換部が遮光された遮光画素が動作することによって、前記第１及び第２補正データが生成されるものとしても構わない。又、２フレーム間で被写体に変化がない場合は、前記画素によって通常の撮像動作を行うことで、前記第１及び第２補正データを生成するものとしても構わない。
【００１９】
又、上述の固体撮像装置において、複数行分の前記画素を動作することによって、各行毎に得られる各列の補正データを平均化又は加重平均化することで、前記補正データ記憶部に格納するための各列の補正データが生成されるものとしても構わない。又、遮光画素を備える場合は、前記遮光画素を複数行備えるとともに、各行毎に得られる各列の補正データを平均化又は加重平均化することで、前記補正データ記憶部に格納するための各列の補正データが生成されるものとしても構わない。
【００２０】
更に、前記補正データを生成するフレームと通常の撮像動作を行うフレームとを異なるものとしても構わないし、前記補正データを生成する画素と通常の撮像動作を行う画素とを異なる画素として同一のフレームで同時に動作させるものとしても構わない。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、第１及び第２サンプルホールド回路それぞれの負荷抵抗のバラツキが原因となるＦＰＮ成分を抽出して補正データとすることができる。よって、この補正データに基づいて画像信号を補正することにより、固体撮像装置より出力される画像信号において発生する縦筋ノイズなどのＦＰＮ成分を除去することができる。又、差動増幅器において、画像信号からノイズ信号が減算された信号を画像信号として出力するため、各画素の光電変換部における感度バラツキに基づくノイズを画像信号から除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について、以下に、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。
【００２３】
（撮像装置の構成）
図１に示す撮像装置は、被写体を撮像することで入射光量に応じた画像信号を出力する固体撮像装置１と、固体撮像装置１から出力される画像信号及びノイズ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部２と、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換されたノイズ信号を補正データとして格納するラインメモリ３と、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換された画像信号をラインメモリ３に格納した補正データで補正する補正処理部４と、補正処理部４で補正処理された画像信号に対して各種画像処理を施す画像処理部５と、固体撮像装置１における各信号の電圧値の制御を行う信号制御部６と、を備える。
【００２４】
（固体撮像装置の構成）
このように構成される撮像装置における固体撮像装置１について、図２を参照して説明する。図２の固体撮像装置は、背景技術で説明したように、行列配置（マトリクス配置）された画素Ｇ11〜Ｇmnと、垂直走査回路１１と、水平走査回路１２と、行（ライン）１３−１〜１３−ｎと、出力信号線１４−１〜１４−ｍと、バッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍと、差動増幅器１７と、ＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍと、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍと、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍ，Ｃ２−１〜Ｃ２−ｍと、を備える。
【００２５】
この図２の固体撮像装置において、出力信号線１４−ｋ（ｋは、１≦ｋ≦ｍの自然数）に、ＭＯＳトランジスタＱａｋのドレインが接続され、このＭＯＳトランジスタＱａｋのゲート及びソースそれぞれに直流電圧ＶＤ，ＶPSが印加されることで負荷トランジスタとして働く。そして、スイッチＳ１−ｋ，Ｓ２−ｋそれぞれの一端がＭＯＳトランジスタＱａｋのドレインに接続されるとともに、スイッチＳ１−ｋ，Ｓ２−ｋそれぞれの他端にキャパシタＣ１−ｋ，Ｃ２−ｋそれぞれの一端が接続される。又、このキャパシタＣ１−ｋ，Ｃ２−ｋの他端は、直流電圧ＶPSが印加される。
【００２６】
そして、スイッチＳ１−ｋとキャパシタＣ１−ｋの接続ノードがバッファ１５−ｋの入力側に接続されるとともに、スイッチＳ２−ｋとキャパシタＣ２−ｋの接続ノードがバッファ１６−ｋの入力側に接続される。このバッファ１５−ｋ，１６−ｋは、図３のような構成のバッファ５０と同様、ＭＯＳトランジスタＱ１〜Ｑ３によって構成される。このとき、バッファ１５−ｋ，１６−ｋにおいて、ＭＯＳトランジスタＱ１，Ｑ３によるソースフォロアアンプが構成されている。そして、バッファ１５−ｋ，１６−ｋそれぞれから出力される画像信号及びノイズ信号が、差動増幅器１７の非反転入力端子及び反転入力端子それぞれに入力される。
【００２７】
このように構成されるとき、画素Ｇ11〜Ｇmnには、後述するように、それらの画素で発生した光電荷に基づく信号を出力するＭＯＳトランジスタＴ２が設けられている。このＭＯＳトランジスタＴ２と上記ＭＯＳトランジスタＱａ（図２のＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍに相当する）とが、出力信号線１４（図２の出力信号線１４−１〜１４−ｍに相当する）を介して接続されるとき、ＭＯＳトランジスタＱａは抵抗又は定電流源と等価であり、このＭＯＳトランジスタＴ２，Ｑａによる回路はソースフォロア型の増幅回路となっている。この場合、ＭＯＳトランジスタＴ２から増幅出力されるのは電流であると考えてよい。
【００２８】
このようにソースフォロア型の増幅回路を構成することにより、出力信号線１４よりこの増幅回路がない場合に比べて大きな信号を出力することができる。従って、画素がダイナミックレンジ拡大のために感光素子から発生する光電流を自然対数的に変換しているような場合は、そのままでは出力信号が小さいが、本増幅回路を設けることにより結果として増幅回路がない場合に比べて大きな信号が得られるため、後続の信号処理回路（図示せず）での処理が容易になる。又、増幅回路の負荷抵抗部分を構成するＭＯＳトランジスタＱａを画素内に設けずに、列方向に配置された複数の画素が接続される出力信号線１４−１、１４−２、・・・、１４−ｍ毎に設けることにより、負荷抵抗又は定電流源の数を低減でき、半導体チップ上で増幅回路が占める面積を少なくできる。
【００２９】
（画素の構成例）
この図２のような構成の固体撮像装置１における各画素Ｇ11〜Ｇmnの一構成例を、図４に示す。図４に示す画素は、カソードに直流電圧ＶPSが印加されたフォトダイオードＰＤのアノードにＭＯＳトランジスタＴ１のソースが接続され、このＭＯＳトランジスタＴ１のドレインにＭＯＳトランジスタＴ４のソース及びＭＯＳトランジスタＴ２のゲートが接続される。
【００３０】
そして、ＭＯＳトランジスタＴ２のソースにＭＯＳトランジスタＴ３のドレインが接続されるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ３のソースが出力信号線１４（図２の出力信号線１４−１〜１４−ｍに相当する）に接続される。このＭＯＳトランジスタＴ１〜Ｔ４は、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタである。又、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ４のドレインには直流電圧ＶPDが印加されるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ１，Ｔ３，Ｔ４それぞれのゲートに信号φＴＸ，φＶ，φＲＳが与えられる。
【００３１】
このように構成される画素Ｇ11〜Ｇmnを備える固体撮像装置１は、通常の撮像動作と、各列毎の縦筋ノイズを検出するためのノイズ検出動作とを行う。この通常の撮像動作及びノイズ検出動作それぞれにおいて、各画素Ｇ11〜Ｇmnと、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍと、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍ，Ｃ２−１〜Ｃ２−ｍとの動作が異なる。よって、以下では、通常の撮像動作及びノイズ検出動作それぞれにおける画素Ｇ11〜Ｇmnを含む固体撮像装置１の動作及び固体撮像装置１を備えた撮像装置の動作について説明する。
【００３２】
（ノイズ検出動作）
まず、固体撮像装置１によってノイズ検出動作が行われるときの各部の動作について、図面を参照して説明する。図５は、固体撮像装置１の各部に与える信号の状態を示す水平ブランク期間のタイミングチャートである。このノイズ検出動作を行うとき、固体撮像装置１の画素Ｇ11〜Ｇmn全てが動作するのではなく、その一部となる数行分の画素が動作するものとする。尚、本実施形態では、画素Ｇ1q〜Ｇmq（ｑは、１≦ｑ≦ｎの自然数）が動作するものとして説明する。
【００３３】
このとき、各画素Ｇ1q〜Ｇmqにおいて、まず、ハイとなる信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにおける電圧値をリセットする。そして、ハイとなるパルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線１４とを接続する。このようにＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートをリセットした値に応じた電流が出力信号線１４に流れる。
【００３４】
よって、出力信号線１４に接続されるＭＯＳトランジスタＱａ（図２のＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍに相当する）によって、ＭＯＳトランジスタＴ２がソースフォロアアンプを構成するため、出力信号線１４には、リセット時のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた値となる電圧信号がノイズ信号（以下、「第２ノイズ信号」とする）として現れる。このとき、スイッチＳ２（図２のスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍに相当する）をＯＮとすることで、第２ノイズ信号が、キャパシタＣ２（キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに相当する）に与えられて、サンプルホールドされる。即ち、各画素Ｇ1q〜Ｇmqからの第２ノイズ信号がそれぞれ、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍそれぞれにサンプルホールドされる。この第２ノイズ信号は、ＭＯＳトランジスタＴ２の閾値バラツキに応じた値を備えるノイズ信号となる。
【００３５】
そして、信号φＶをローとするとともにスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＦＦとすると、信号φＲＳをハイのままとした状態で、ハイとなるパルス信号φＴＸをＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに与える。その後、パルス信号φＴＸをローとなってＭＯＳトランジスタＴ１がＯＦＦとなった状態で、ハイとなるパルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとする。このとき、信号φＲＳがハイのままでＭＯＳトランジスタＴ４がＯＮであるため、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートがリセットされた状態のままとなっている。よって、ＭＯＳトランジスタＴ３及び出力信号線１４を介して電圧信号となるノイズ信号（以下、「第１ノイズ信号」とする）が出力される。この第１ノイズ信号についても、第２ノイズ信号と同様、ＭＯＳトランジスタＴ２の閾値バラツキに応じた値を備えるノイズ信号となる。
【００３６】
又、ハイとなるパルス信号φＶを与えるときに、スイッチＳ１（図２のスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍに相当する）をＯＮとすることで、第１ノイズ信号が、キャパシタＣ１（キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに相当する）に与えられて、サンプルホールドされる。即ち、各画素Ｇ1q〜Ｇmqからの第１ノイズ信号がそれぞれ、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍそれぞれにサンプルホールドされる。そして、パルス信号φＶをローとするとともにスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍをＯＦＦとした後、信号φＲＳをローとして、ＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦとする。
【００３７】
このようにして、ｑ行目１行分となる画素Ｇ1q〜Ｇmqそれぞれから出力される２つのノイズ信号のうち、第１ノイズ信号がキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに格納されるとともに、第２ノイズ信号がキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに格納される。その後、バッファ１５−１〜１５−ｍが、１５−１，１５−２，…，１５−ｍの順番に、その内部のＭＯＳトランジスタＱ２がＯＮとされて駆動するとともに、バッファ１６−１〜１６−ｍが、１６−１，１６−２，…，１６−ｍの順番に、その内部のＭＯＳトランジスタＱ２がＯＮとされて駆動する。よって、画素Ｇ1q〜Ｇmqそれぞれにおける第１及び第２ノイズ信号が、Ｇ1q，Ｇ2q，…，Ｇmqの順番に、バッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍを介して、差動増幅器１７に与えられる。そして、差動増幅器１７から画素Ｇ1q〜Ｇmqそれぞれにおける縦筋ノイズを表す信号が各列の補正データとして出力される。
【００３８】
即ち、ｐ列目（ｐは、１≦ｐ≦ｍの自然数）のバッファ１５−ｐ，１６−ｐがそれぞれＯＮとされると、キャパシタＣ１−ｐにサンプルホールドされている画素Ｇpqにおける第１ノイズ信号がバッファ１５−ｐを介して差動増幅器１７の非反転入力端子に入力されるとともに、キャパシタＣ２−ｐにサンプルホールドされている画素Ｇpqにおける第２ノイズ信号がバッファ１６−ｐを介して差動増幅器１７の反転入力端子に入力される。そして、差動増幅器１７において、第１ノイズ信号から第２ノイズ信号を減算することによって補正データＶｆｐを生成して出力する。
【００３９】
このようにして出力された補正データＶｆｐが出力されるとき、バッファ１５−ｐ，１６−ｐそれぞれのＭＯＳトランジスタＱ２の誤差出力Ｖｘｐ，Ｖｙｐであるとともに、第１及び第２ノイズ信号からＭＯＳトランジスタＱ２の誤差出力を除いた値がＶｎｐで等しいものとする。このとき、第１ノイズ信号の値がＶｎｐ＋Ｖｘｐとなるとともに、第２ノイズ信号の値がＶｎｐ＋Ｖｙｐとなることから、（２）式で表されるように、（１）式における縦筋ノイズ成分（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ）と等しい値となる。
Ｖｆｐ＝（Ｖｎｐ＋Ｖｘｐ）−（Ｖｎｐ＋Ｖｙｐ）＝Ｖｘｐ−Ｖｙｐ  …（２）
【００４０】
このようにして、固体撮像装置１の差動増幅器１７から、画素Ｇ1q〜Ｇmqそれぞれにおける第１及び第２ノイズ信号に基づいて得られる１〜ｍ列の補正データＶｆ１〜Ｖｆｍが出力される。そして、１〜ｍ列の縦筋ノイズ成分（Ｖｘ１−Ｖｙ１）〜（Ｖｘｍ−Ｖｘｍ）となる補正データＶｆ１〜Ｖｆｍは、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換された後、ラインメモリ３に与えられて格納される。
【００４１】
尚、上述の動作例では、１行の画素Ｇ1q〜Ｇmqを上述のように動作させることによって１〜ｍ列それぞれの補正データが得られるものとしたが、複数行分の画素を各行毎に動作させるものとしても構わない。即ち、例えば、画素Ｇ11〜Ｇmn全てを上述のように動作させて、各列のバッファ１５，１６におけるＭＯＳトランジスタＱ２の閾値バラツキが原因となる縦筋ノイズ成分を表す上述の補正データが生成されるものとする。
【００４２】
このとき、まず、水平ブランク期間毎に、画素Ｇ11〜Ｇmnの各行毎に、Ｇ11〜Ｇm1、Ｇ12〜Ｇm2、…、Ｇ1n〜Ｇmnの順で上述の動作を行うことで、各列の補正データＶｆ１〜Ｖｆｍを行毎に出力する。そして、ｎ行分の各列の補正データが出力されると、Ａ／Ｄ変換部２においてデジタル信号に変換した後、各列毎に平均化又は加重平均化して、その平均値を求め、各列毎に求められた平均値を補正データとしてラインメモリ３に格納する。尚、このように、複数行分の画素を各行毎に動作させて平均した各列の補正データを生成するとき、Ａ／Ｄ変換部２より画素毎に与えられる補正データとラインメモリ３に格納されている同一列の補正データとを用いて平均化するための演算処理部を備えるものとする。
【００４３】
（通常の撮像動作）
次に、この固体撮像装置１によって通常の撮像動作が行われるときの各部の動作について、図面を参照して説明する。図６は、固体撮像装置１の各部に与える信号の状態を示す水平ブランク期間のタイミングチャートである。このとき、ノイズ検出動作とは別フレームにおいて、水平ブランク期間毎に、画素Ｇ11〜Ｇmnが、Ｇ11〜Ｇm1、Ｇ12〜Ｇm2、…、Ｇ1n〜Ｇmnの順で、各行毎に撮像動作を行うとともに、撮像して得られた画像信号が出力される。
【００４４】
各画素Ｇ1q〜Ｇmqにおいて撮像動作が行われるとき、まず、ハイとなるパルス信号φＲＳをＭＯＳトランジスタＴ４のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにおける電圧値をリセットする。そして、信号φＲＳをローとしてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＦＦとした後、ハイとなるパルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線１４とを接続する。
【００４５】
よって、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートをリセットした値に応じた電流が出力信号線１４に流れ、出力信号線１４には、リセット時のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた値となる電圧信号によるノイズ信号（以下、「第３ノイズ信号」とする）が現れる。このとき、スイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍがＯＮとされるために、画素Ｇ1q〜Ｇmqそれぞれの第３ノイズ信号がキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに与えられて、サンプルホールドされる。
【００４６】
又、このとき、光が入射されるフォトダイオードＰＤにおいて光電荷が発生し、この光電荷がフォトダイオードＰＤとＭＯＳトランジスタＴ１のソースとの接続ノードにおける拡散層に蓄積される。よって、フォトダイオードＰＤとＭＯＳトランジスタＴ１のソースとの接続ノードにおける電圧が、入射光量に応じた電圧として現れる。そして、第３ノイズ信号が出力されて、信号φＶをローとするとともにスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＦＦとすると、ハイとなる信号φＴＸをＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに与えて、ＭＯＳトランジスタをＯＮとする。よって、フォトダイオードＰＤとＭＯＳトランジスタＴ１のソースとの接続ノードにおける光電荷がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに転送される。そのため、フォトダイオードＰＤに入射された光量に応じた電圧がＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに現れる。
【００４７】
即ち、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートに、入射光量の積分値に対して線形的に変化する電圧がサンプルホールドされる。その後、信号φＴＸがローとされてＭＯＳトランジスタＴ１がＯＦＦとされると、ハイとなるパルス信号φＶをＭＯＳトランジスタＴ３のゲートに与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線１４とを接続する。このようにＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとすることで、ＭＯＳトランジスタＴ２，Ｔ３を介して入射光量の積分値に対して線形的に比例した電流が出力信号線１４に流れる。
【００４８】
このとき、出力信号線１４に接続されるＭＯＳトランジスタＱａによって、ＭＯＳトランジスタＴ２がソースフォロアアンプを構成するため、出力信号線１４には、入射光量の積分値に対して線形的に比例した値となる電圧信号が現れる。そして、この電圧信号による画像信号が、スイッチＳ１（図２のスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍに相当する）を介してキャパシタＣ１（キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに相当する）に与えられて、サンプルホールドされる。即ち、各画素Ｇ1q〜Ｇmqからの画像信号がそれぞれ、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍそれぞれにサンプルホールドされる。その後、信号φＶをローとしてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＦＦとするとともに、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍをＯＦＦとする。
【００４９】
このような動作が、画素Ｇ11〜Ｇmnにおいて、Ｇ11〜Ｇm1、Ｇ12〜Ｇm2、…、Ｇ1n〜Ｇmnの順で、行毎に行われる。そして、１行分となる画素Ｇ1q〜Ｇmqの画像信号がキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍにサンプルホールドされるとともに、１行分となる画素Ｇ1q〜Ｇmqのノイズ信号がキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍにサンプルホールドされると、バッファ１５−１〜１５−ｍが、１５−１、１５−２、…、１５−ｍの順にＯＮとなるとともに、バッファ１６−１〜１６−ｍが、１６−１、１６−２、…、１６−ｍの順にＯＮとなる。
【００５０】
このとき、水平走査回路１２によって、バッファ１５−ｐ，１６−ｐを同時にＯＮとする。よって、ｑ行目の画素Ｇ1q〜Ｇmqの画像信号及び第３ノイズ信号がそれぞれ、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍ，Ｃ２−１〜Ｃ２−ｍそれぞれにサンプルホールドされているとき、このサンプルホールドされた画素Ｇ1q〜Ｇmqの画像信号及び第３ノイズ信号が、Ｇ1q，Ｇ2q，…，Ｇmqの順番に、１画素分ずつバッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍを介して差動増幅器１７に与えられて、ノイズ成分が除去された画像信号が出力される。
【００５１】
即ち、ｐ列目のバッファ１５−ｐ，１６−ｐがそれぞれＯＮとされると、キャパシタＣ１−ｐにサンプルホールドされている画素Ｇpqにおける画像信号がバッファ１５−ｐを介して差動増幅器１７の非反転入力端子に入力されるとともに、キャパシタＣ２−ｐにサンプルホールドされている画素Ｇpqにおける第３ノイズ信号がバッファ１６−ｐを介して差動増幅器１７の反転入力端子に入力される。そして、差動増幅器１７において、画像信号から第３ノイズ信号を減算することによって、ノイズ除去した画像信号を出力する。
【００５２】
このようにして出力された画像信号が出力されるとき、画像信号及び第３ノイズ信号からバッファ１５−ｐの誤差出力を除いた値がそれぞれＶｓｐ、Ｖｎｐであるものとする。このとき、ノイズ検出動作時と同様、バッファ１５−ｐ，１６−ｐそれぞれのＭＯＳトランジスタＱ２の誤差出力がＶｘｐ，Ｖｙｐであるので、画像信号の値がＶｓｐ＋Ｖｘｐとなるとともに、第３ノイズ信号の値がＶｎｐ＋Ｖｙｐとなる。よって、ノイズ除去された画素Ｇpqの画像信号の値Ｖｏｐが、（３）式で表されるような値となる。
Ｖｏｐ＝（Ｖｓｐ＋Ｖｘｐ）−（Ｖｎｐ＋Ｖｙｐ）＝（Ｖｓｐ−Ｖｎｐ）＋（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ）  …（３）
【００５３】
このようにして、画素Ｇ11〜Ｇmnそれぞれのノイズ除去された画像信号が固体撮像装置１から出力されると、Ａ／Ｄ変換部２においてデジタル信号に変換されて、補正処理部４に与えられる。このとき、各画素毎に画像信号が補正処理部４に与えられるとき、この補正処理部４にはラインメモリ３に格納されている補正データが各列毎に与えられて、画像信号から補正データが減算されることで、画像信号から縦筋ノイズが除去される。
【００５４】
即ち、画素Ｇpqの画像信号が固体撮像装置１より出力されるとき、補正処理部４に対して、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換された画素Ｇpqの画像信号とラインメモリ３に格納されたｐ列目の補正データが与えられる。よって、補正処理部４によって、ｐ列目の補正データのデータ値（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ）が画素Ｇpqの画像信号から減算されるため、画素Ｇpqの画像信号の値Ｖｐが、縦筋ノイズが除去された（４）式で表されるような値となる。
Ｖｐ＝（Ｖｓｐ−Ｖｎｐ）＋（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ）−（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ）＝Ｖｓｐ−Ｖｎｐ  …（４）
【００５５】
このように、補正処理部４において、画素Ｇ11〜Ｇmnそれぞれの画像信号より縦筋ノイズが除去されると、この縦筋ノイズが除去された画像信号が画像処理部５に与えられる。そして、この画像処理部５に与えられた画像信号に対して、エッジ強調処理やホワイトバランス処理などの画像処理が施される。
【００５６】
尚、本実施形態において、固体撮像装置１がフレーム毎に撮像動作を行うとき、画素Ｇ11〜Ｇmnの各行のうち一部の複数行の画素がノイズ検出動作を行うとともに、画素Ｇ11〜Ｇmnの残りの画素が撮像動作を行うものとしても構わない。即ち、例えば、１行分の画素Ｇ11〜Ｇm1がノイズ検出に使用されているものとするとともに、ｎ−１行分の画素Ｇm2〜Ｇmnが撮像に使用されているものとする。
【００５７】
このとき、まず、画素Ｇ11〜Ｇm1が図５のタイミングチャートに応じてノイズ検出動作を行うことによって、各列の補正データが得られてラインメモリ３に格納される。その後、画素Ｇ12〜Ｇmnが図６のタイミングチャートに応じて各行毎に撮像動作を行うことによって、画像信号が固体撮像装置１より出力されるとともに、補正処理部４において、ラインメモリ３に格納された各列の補正データに基づいて画素Ｇ12〜Ｇmnそれぞれの画像信号が補正される。
【００５８】
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態について、図面を参照して説明する。本実施形態における撮像装置の構成が、第１の実施形態と同様の図１に示す構成とされる。又、この撮像装置に備えられる固体撮像装置１が、第１の実施形態と同様、図２のような構成となるとともに、この固体撮像装置１に設けられるバッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍ及び画素Ｇ11〜Ｇmnの構成がそれぞれ、図３及び図４のような構成となる。
【００５９】
図１〜図４のように撮像装置及びその各部が構成されるとき、本実施形態においては、固体撮像装置１におけるノイズ検出動作が第１の実施形態と異なる。よって、以下では、固体撮像装置１におけるノイズ検出動作について、図７のタイミングチャートに従って説明する。このノイズ検出動作を行うとき、固体撮像装置１の画素Ｇ11〜Ｇmn全てが動作するのではなく、その一部となる数行分の画素が動作するものとする。尚、本実施形態においても、画素Ｇ1q〜Ｇmq（ｑは、１≦ｑ≦ｎの自然数）が動作するものとして説明する。
【００６０】
このとき、各画素Ｇ1q〜Ｇmqにおいて、まず、ハイとなるパルス信号φＲＳを与えてＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとして、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにおける電圧値をリセットする。そして、信号φＲＳをローとした後、ハイとなるパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとして、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線１４とを接続する。このようにすることで、出力信号線１４に、リセット時のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた値となる電圧信号がノイズ信号として現れる。
【００６１】
このとき、スイッチＳ１（図２のスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍに相当する）及びスイッチＳ２（図２のスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍに相当する）をＯＮとする。このようにすることで、出力信号線１４にノイズ信号として現れる電圧信号が、キャパシタＣ１（キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに相当する）に与えられて、第１ノイズ信号としてサンプルホールドされるとともに、キャパシタＣ２（キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに相当する）に与えられて、第２ノイズ信号としてサンプルホールドされる。即ち、各画素Ｇ1q〜Ｇmqからの第１ノイズ信号がそれぞれ、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍそれぞれにサンプルホールドされるとともに、各画素Ｇ1q〜Ｇmqからの第２ノイズ信号がそれぞれ、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍそれぞれにサンプルホールドされる。
【００６２】
そして、信号φＶをローとするとともにスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＦＦとすると、ハイとなるパルス信号φＴＸをＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに与える。しかしながら、本実施形態では、第１の実施形態と異なり、信号φＴＸをローとした後、信号φＶをローのままとするとともに、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＦＦのままとする。
【００６３】
このようにして、ｑ行目１行分となる画素Ｇ1q〜Ｇmqそれぞれから出力される２つのノイズ信号のうち、第１ノイズ信号がキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに格納されるとともに、第２ノイズ信号がキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに格納される。このとき、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍを同時にＯＦＦした後、バッファ１５−１〜１５−ｍが、１５−１，１５−２，…，１５−ｍの順番に、その内部のＭＯＳトランジスタＱ２がＯＮとされて駆動するとともに、バッファ１６−１〜１６−ｍが、１６−１，１６−２，…，１６−ｍの順番に、その内部のＭＯＳトランジスタＱ２がＯＮとされて駆動する。
【００６４】
よって、画素Ｇ1q〜Ｇmqそれぞれにおける第１及び第２ノイズ信号が、Ｇ1q，Ｇ2q，…，Ｇmqの順番に、バッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍを介して、差動増幅器１７に与えられる。そして、差動増幅器１７から画素Ｇ1q〜Ｇmqそれぞれにおける縦筋ノイズを表す信号が各列の補正データとして出力される。そして、この差動増幅器１７からの画素Ｇ1q〜Ｇmqそれぞれ補正データＶｆ１〜Ｖｆｍは、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換された後、ラインメモリ３に与えられて格納される。
【００６５】
このようにして、ノイズ検出動作を行うとき、このノイズ検出動作を行うフレームと別フレームにおいて、第１の実施形態と同様、図６のタイミングチャートに従って、撮像動作を行う。このとき、水平ブランク期間毎に、画素Ｇ11〜Ｇmnが、Ｇ11〜Ｇm1、Ｇ12〜Ｇm2、…、Ｇ1n〜Ｇmnの順で、各行毎に撮像動作を行うとともに、撮像して得られた画像信号が出力される。そして、このようにして固体撮像装置１から出力される画像信号が、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換されて補正処理部４に与えられると、ラインメモリ３に格納された各列の補正データＶｆ１〜Ｖｆｍに基づいて、縦列ノイズが除去される。
【００６６】
尚、本実施形態において、第１の実施形態と同様、ノイズ検出動作を行うとき、複数行分の画素を各行毎に動作させて、各行毎に得られる補正データを平均化又は加重平均化してラインメモリ３に格納するものとしても構わない。又、固体撮像装置１がフレーム毎に撮像動作を行うとき、画素Ｇ11〜Ｇmnの各行のうち一部の複数行の画素がノイズ検出動作を行うとともに、画素Ｇ11〜Ｇmnの残りの画素が撮像動作を行うものとしても構わない。
【００６７】
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態について、図面を参照して説明する。図８は、本実施形態における撮像装置の構成を示すブロック図である。尚、図８の構成において、図１の構成と同一の目的で使用する部分については、同一の符号を付してその詳細な説明は省略する。
【００６８】
（撮像装置及び固体撮像装置の構成）
図８に示す撮像装置は、図１の撮像装置の構成に対して、固体撮像装置１の代わりに１行又は複数行の遮光画素を備えた固体撮像装置１ａを備えるとともに、この固体撮像装置１ａの遮光画素からの２フレーム分の画像信号に基づいて補正データを生成してラインメモリ３に格納する補正データ生成部７が付加された構成となる。尚、本実施形態において、固体撮像装置１ａが、以下で説明する図９の構成のように、１行の遮光画素を備えるものとするが、複数行の遮光画素を備えるものとしても構わない。
【００６９】
又、この撮像装置に備えられる固体撮像装置１ａは、図９に示すように、ｎ行の画素Ｇ11〜Ｇmnを備えるとともに、１行の遮光画素Ｇ10〜Ｇm0を備えるものとする。更に、この固体撮像装置１ａは、図２に示す固体撮像装置１と同様、垂直走査回路１１と、水平走査回路１２と、行（ライン）１３−０〜１３−ｎと、出力信号線１４−１〜１４−ｍと、バッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍと、差動増幅器１７と、ＭＯＳトランジスタＱａ１〜Ｑａｍと、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍと、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍ，Ｃ２−１〜Ｃ２−ｍと、を備える。
【００７０】
そして、固体撮像装置１ａに備えられる遮光画素Ｇ10〜Ｇm0は、画素Ｇ11〜Ｇmnと同一の回路構成とされるとともに、感光素子の表面をアルミニウム膜などの金属膜で覆うことで、感光素子に光が入射されないように遮光される。即ち、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、画素Ｇ11〜Ｇmnの回路構成を図４の構成とするとき、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0の回路構成についても図４の構成とするとともに、この遮光画素Ｇ10〜Ｇm0に設置されるフォトダイオードＰＤの表面が金属膜で覆われる。又、固体撮像装置１ａに設けられるバッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍの回路構成は、第１の実施形態と同様、図３のような構成となる。
【００７１】
このように構成される固体撮像装置１ａは、第１の実施形態と同様、通常の撮像動作と、各列毎の縦筋ノイズを検出するためのノイズ検出動作とを行う。そして、通常の撮像動作を行うとき、画素Ｇ11〜Ｇmnが動作するとともに、ノイズ検出動作を行うとき、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0が動作する。又、固体撮像装置１ａが画素Ｇ11〜Ｇmnを用いて撮像動作を行う際、第１の実施形態と同様の動作が行われる。そして、この固体撮像装置１ａによるノイズ検出動作が、第１の実施形態と異なるものとなる。よって、以下では、この第１の実施形態と異なるノイズ検出動作それぞれにおける固体撮像装置１ａの動作及び固体撮像装置１ａを備えた撮像装置の動作について説明する。
【００７２】
本実施形態における撮像装置のノイズ検出動作は、２フレーム分の動作を行うことによって行われる。このノイズ検出動作における１フレーム目の動作を示すタイミングチャートを図１０に示すとともに、ノイズ検出動作における２フレーム目の動作を示すタイミングチャートを図１１に示す。
【００７３】
まず、１フレーム目の動作について、図１０のタイミングチャートに従って説明する。このとき、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0において、まず、ハイとなるパルス信号φＲＳによりＭＯＳトランジスタＴ４をＯＮとして、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲートにおける電圧値をリセットし、信号φＲＳをローとする。その後、ハイとなるパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとして、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線１４とを接続する。このとき、スイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＮとすることによって、出力信号線１４−１〜１４−ｍに現れる遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれの第２ノイズ信号が、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍにサンプルホールドされる。この第２ノイズ信号は、第１の実施形態と同様、ＭＯＳトランジスタＴ２の閾値バラツキに応じた値を備えるノイズ信号となる。
【００７４】
そして、信号φＶをローとするとともにスイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＦＦとすると、ハイとなる信号φＴＸをＭＯＳトランジスタＴ１のゲートに与えて、ＭＯＳトランジスタをＯＮとする。このとき、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれにおいて、フォトダイオードＰＤが金属膜で覆われて遮光され、外部から光が入射されない状態とされているので、フォトダイオードＰＤによる光電変換動作が行われない。しかしながら、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれにおいて、フォトダイオードＰＤに拡散電流などが原因となる暗電流が流れるために、ＭＯＳトランジスタＴ１のソースの電圧がこの暗電流の影響により変化する。よって、ＭＯＳトランジスタＴ１をＯＮとしたとき、ＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧がフォトダイオードＰＤに発生した暗電流に応じた電圧値が転送される。
【００７５】
その後、信号φＴＸをローとした後、ハイとなるパルス信号φＶを与えてＭＯＳトランジスタＴ３をＯＮとして、ＭＯＳトランジスタＴ２と出力信号線１４とを接続することで、フォトダイオードＰＤに発生した暗電流に応じた電圧信号によるノイズ信号が出力信号線に現れる。このとき、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍをＯＮとすることによって、出力信号線１４−１〜１４−ｍに現れる遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれの第１ノイズ信号が、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍにサンプルホールドされる。この第１ノイズ信号は、第１の実施形態と異なり、フォトダイオードＰＤに発生した暗電流に応じた値を備えるノイズ信号となる。
【００７６】
このようにして、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれから出力される２つのノイズ信号のうち、第１ノイズ信号がキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに格納されるとともに、第２ノイズ信号がキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに格納されると、バッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍが、各列毎に順番に駆動する。よって、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれにおける第１及び第２ノイズ信号が、Ｇ10，Ｇ20，…，Ｇm0の順番に、バッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍを介して、差動増幅器１７に与えられた後、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれにおける第１及び第２ノイズ信号の差分値が出力される。
【００７７】
即ち、ｐ列目のバッファ１５−ｐ，１６−ｐがそれぞれＯＮとされると、キャパシタＣ１−ｐにサンプルホールドされている遮光画素Ｇp0における第１ノイズ信号がバッファ１５−ｐを介して差動増幅器１７の非反転入力端子に入力されるとともに、キャパシタＣ２−ｐにサンプルホールドされている遮光画素Ｇp0における第２ノイズ信号がバッファ１６−ｐを介して差動増幅器１７の反転入力端子に入力される。そして、差動増幅器１７において、第１ノイズ信号から第２ノイズ信号を減算することによって、第１及び第２ノイズ信号の差分値Ｖａｐを生成して出力する。
【００７８】
このようにして出力された補正データＶａｐが出力されるとき、バッファ１５−ｐ，１６−ｐそれぞれのＭＯＳトランジスタＱ２の誤差出力Ｖｘｐ，Ｖｙｐであるとともに、第１及び第２ノイズ信号からＭＯＳトランジスタＱ２の誤差出力を除いた値がＶｄｐ，Ｖｎｐとなるものとする。このとき、フォトダイオードＰＤに発生する暗電流の値に応じた値となる第１ノイズ信号の値がＶｄｐ＋Ｖｘｐとなるとともに、ＭＯＳトランジスタＴ２の閾値バラツキに応じた第２ノイズ信号の値がＶｎｐ＋Ｖｙｐとなることから、第１及び第２ノイズ信号の差分値Ｖａｐが、（５）式で表される値となる。
Ｖａｐ＝（Ｖｄｐ＋Ｖｘｐ）−（Ｖｎｐ＋Ｖｙｐ）＝（Ｖｄｐ−Ｖｎｐ）＋（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ）  …（５）
【００７９】
このようにして、第１フレーム目の遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれにおける第１及び第２ノイズ信号の差分値Ｖａ１〜Ｖａｍが固体撮像装置１ａより出力されると、この第１フレーム目の差分値Ｖａ１〜ＶａｍがＡ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換された後、補正データ生成部７に与えられる。そして、この第１フレーム目の差分値Ｖａ１〜Ｖａｍが補正データ生成部７を介してラインメモリ３に与えられ、ラインメモリ３内に一時的に格納される。
【００８０】
次に、２フレーム目の動作について、図１１のタイミングチャートに従って説明する。このとき、１フレーム目の動作と同様、ハイとなるパルス信号φＲＳを与えた後、ハイとなるパルス信号φＶを与えて、リセット後のＭＯＳトランジスタＴ２のゲート電圧に応じた電圧信号を出力信号線１４より出力する。このとき、スイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍをＯＮとすることによって、出力信号線１４−１〜１４−ｍに現れる遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれの第２ノイズ信号が、キャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍにサンプルホールドされる。
【００８１】
そして、信号φＶをローとするとともにスイッチＳ１−１〜Ｓ１−ｍをＯＦＦとすると、ハイとなる信号φＴＸを与えた後、ハイとなるパルス信号φＶを与えて、フォトダイオードＰＤを流れる暗電流に応じた電圧信号を出力信号線１４より出力する。このとき、スイッチＳ２−１〜Ｓ２−ｍをＯＮとすることによって、出力信号線１４−１〜１４−ｍに現れる遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれの第１ノイズ信号が、キャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍにサンプルホールドされる。
【００８２】
このようにして、第１フレーム目とは逆に、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれから出力される２つのノイズ信号のうち、第２ノイズ信号がキャパシタＣ１−１〜Ｃ１−ｍに格納されるとともに、第１ノイズ信号がキャパシタＣ２−１〜Ｃ２−ｍに格納されると、バッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍが、各列毎に順番に駆動する。よって、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれにおける第２及び第１ノイズ信号が、Ｇ10，Ｇ20，…，Ｇm0の順番に、バッファ１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍを介して、差動増幅器１７に与えられた後、遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれにおける第１及び第２ノイズ信号の差分値が出力される。
【００８３】
即ち、ｐ列目のバッファ１５−ｐ，１６−ｐがそれぞれＯＮとされると、キャパシタＣ１−ｐにサンプルホールドされている遮光画素Ｇp0における第２ノイズ信号がバッファ１５−ｐを介して差動増幅器１７の非反転入力端子に入力されるとともに、キャパシタＣ２−ｐにサンプルホールドされている遮光画素Ｇp0における第１ノイズ信号がバッファ１６−ｐを介して差動増幅器１７の反転入力端子に入力される。そして、差動増幅器１７において、第２ノイズ信号から第１ノイズ信号を減算することによって、第１及び第２ノイズ信号の差分値Ｖｂｐを生成して出力する。
【００８４】
このようにして出力された補正データＶｂｐが出力されるとき、バッファ１５−ｐより与えられる第２ノイズ信号の値がＶｎｐ＋Ｖｘｐとなるとともに、バッファ１６−ｐより与えられる第１ノイズ信号の値がＶｄｐ＋Ｖｙｐとなることから、第１及び第２ノイズ信号の差分値Ｖｂｐが、（６）式で表される値となる。
Ｖｂｐ＝（Ｖｎｐ＋Ｖｘｐ）−（Ｖｄｐ＋Ｖｙｐ）＝（Ｖｎｐ−Ｖｄｐ）＋（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ）  …（６）
【００８５】
このようにして、第２フレーム目の遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれにおける第１及び第２ノイズ信号の差分値Ｖｂ１〜Ｖｂｍが固体撮像装置１ａより出力されると、この第２フレーム目の差分値Ｖｂ１〜ＶｂｍがＡ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換された後、補正データ生成部７に与えられる。このとき、補正データ生成部７に対して、ラインメモリ３に格納された第１フレーム目の遮光画素Ｇ10〜Ｇm0それぞれにおける第１及び第２ノイズ信号の差分値Ｖｂ１〜Ｖｂｍが与えられる。
【００８６】
そして、補正データ生成部７において、各遮光画素Ｇ10〜Ｇm0毎に、第１フレーム目の差分値Ｖａ１〜Ｖａｍと第２フレーム目の差分値Ｖｂ１〜Ｖｂｍそれぞれを用いて、１〜ｍ列それぞれの補正データＶｆ１〜Ｖｆｍが求められるとともに、この補正データＶｆ１〜Ｖｆｍがラインメモリ３に格納される。即ち、補正データ生成部７において、遮光画素Ｇp0の補正データＶｆｐが、（７）式の演算を行うことによって、その値が（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ）となり、バッファ１５−ｐ，１６−ｐによる縦筋ノイズとして求められる。そして、この求められたＧp0の補正データＶｆｐがラインメモリ３に格納される。
Ｖｆｐ＝（Ｖａｐ＋Ｖｂｐ）／２＝（（Ｖｄｐ−Ｖｎｐ）＋（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ）＋（Ｖｎｐ−Ｖｄｐ）＋（Ｖｘｐ−Ｖｙｐ））／２＝Ｖｘｐ−Ｖｙｐ  …（７）
【００８７】
このようにして、ノイズ検出動作を行うとき、このノイズ検出動作を行うフレームと別フレームにおいて、第１の実施形態と同様、図６のタイミングチャートに従って、撮像動作を行う。このとき、水平ブランク期間毎に、画素Ｇ11〜Ｇmnが、Ｇ11〜Ｇm1、Ｇ12〜Ｇm2、…、Ｇ1n〜Ｇmnの順で、各行毎に撮像動作を行うとともに、撮像して得られた画像信号が出力される。そして、このようにして固体撮像装置１から出力される画像信号が、Ａ／Ｄ変換部２でデジタル信号に変換されて補正処理部４に与えられると、ラインメモリ３に格納された各列の補正データＶｆ１〜Ｖｆｍに基づいて、縦列ノイズが除去される。
【００８８】
尚、本実施形態において、遮光画素で構成される画素群を１行の画素群としたが、複数行の画素群としても構わない。このとき、１フレーム目及び２フレーム目それぞれのノイズ検出動作において、各行毎に得られた第１及び第２ノイズの差分値を各列毎に平均化又は加重平均化し、この各列毎に平均化して得られた１フレーム目及び２フレーム目それぞれの第１及び第２ノイズの差分値を用いることで、各列の補正データが求められる。又、この遮光画素が固体撮像装置１ａの任意の部分に構成されるものとしても構わない。
【００８９】
又、本実施形態において、１フレーム目のノイズ検出動作で図１０のタイミングチャートで動作して、２フレーム目のノイズ検出動作で図１１のタイミングチャートで動作するものとしたが、１フレーム目のノイズ検出動作で図１１のタイミングチャートで動作して、２フレーム目のノイズ検出動作で図１０のタイミングチャートで動作するものとしても構わない。このように、図１０のタイミングチャートで２フレーム目のノイズ検出動作を行うとき、この２フレーム目のノイズ検出動作と画素Ｇ11〜Ｇmnにおける撮像動作とを同一フレームで行うようにしても構わない。又、画素Ｇ11〜Ｇmnにおける撮像動作を行う複数フレームの内の２フレームにおいて、図１０及び図１１のタイミングチャートで遮光画素を動作させるノイズ検出動作を同時に行うものとしても構わない。
【００９０】
更に、撮像装置がメカシャッターを備えるとき、メカシャッターによって、通常の撮像動作を行う画素Ｇ11〜Ｇmnを遮光して、その少なくとも一部の画素を図１０及び図１１のタイミングチャートによるノイズ検出動作を行うことで、固体撮像装置１ａより遮光画素を省略するものとしても構わない。又、メカシャッターがない場合においても、２フレーム間の被写体映像に変化がない場合は、この２フレーム間において、通常の撮像動作を行う画素Ｇ11〜Ｇmnの少なくとも一部が、図１０及び図１１のタイミングチャートによるノイズ検出動作を行うものとしても構わない。
【００９１】
尚、上述の各実施形態において、固体撮像装置に備える各画素の構成を図４のような構成とし、入射光量の積分値に対して線形的に変化した値となる画像信号を出力する（線形変換動作を行う）ものとしたが、このような構成に限らず、例えば、特許文献１に記載されるように入射光量に対して自然対数的に変化した値となる画像信号を出力する（対数変換動作を行う）画素構成としても構わないし、特許文献２に記載されるように線形変換動作と対数変換動作とを切り換えることができる画素構成としても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】は、第１の実施形態における撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
【図２】は、固体撮像装置の一構成例を示すブロック図である。
【図３】は、図２の固体撮像装置におけるバッファの構成を示す回路図である。
【図４】は、図２の固体撮像装置に備えられる画素の構成を示す回路図である。
【図５】は、第１の実施形態における固体撮像装置のノイズ検出動作を示すタイミングチャートである。
【図６】は、第１の実施形態における固体撮像装置の通常の撮像動作を示すタイミングチャートである。
【図７】は、第２の実施形態における固体撮像装置のノイズ検出動作を示すタイミングチャートである。
【図８】は、第３の実施形態における撮像装置の内部構成を示すブロック図である。
【図９】は、図８の撮像装置における固体撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図１０】は、第３の実施形態における固体撮像装置の１フレーム目のノイズ検出動作を示すタイミングチャートである。
【図１１】は、第３の実施形態における固体撮像装置の２フレーム目のノイズ検出動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００９３】
１  固体撮像装置
２  Ａ／Ｄ変換部
３  ラインメモリ
４  補正処理部
５  画像処理部
６  信号制御部
７  補正データ生成部
１１  垂直走査回路
１２  水平走査回路
１３−１〜１３−ｎ  ライン
１４−１〜１４−ｍ  出力信号線
１５−１〜１５−ｍ，１６−１〜１６−ｍ  バッファ
１７  差動増幅器
Ｓ１−１〜Ｓ１−ｍ，Ｓ２−１〜Ｓ２−ｍ  スイッチ
Ｃ１−１〜Ｃ１−ｍ，Ｃ２−１〜Ｃ２−ｍ  キャパシタ
Ｑａ１〜Ｑａｍ  ＭＯＳトランジスタ
Ｇ11〜Ｇmn  画素
Ｇ10〜Ｇm0  遮光画素
【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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