(57)【要約】【課題】固体撮像素子に強い光が入射したときに黒レベルが異常となる暗転現象を防止する。【解決手段】本発明の固体撮像素子は、黒レベルの信号が正常であることを示す判定信号を受けて第１の駆動信号を出力し、黒レベルの信号が異常であることを示す判定信号を受けて第２の駆動信号を出力する信号読み出し回路を有する。第１の駆動信号は、実質的にオプチカルブラック画素の受光部から電荷を転送させる駆動信号であり、第２の駆動信号は、実質的にオプチカルブラック画素の受光部から電荷を転送させない駆動信号である。【選択図】図１
2006295648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光量に応じて光電荷を生成し蓄積する受光部を有する実効画素が複数配置され、画像信号を出力する実効画素領域と、
遮光され、暗状態のノイズ電荷を蓄積する受光部を有するオプチカルブラック画素が複数配置され、黒レベルの信号を出力するオプチカルブラック領域と、
前記黒レベルの信号の状態を示す判定信号を受けて、前記判定信号に従って前記実効画素及び前記オプチカルブラック画素に駆動信号を出力し、前記画像信号及び前記黒レベルの信号を出力する信号読み出し回路とを有し、
前記信号読み出し回路は、前記黒レベルの信号が正常であることを示す判定信号を受けて第１の駆動信号を出力し、前記黒レベルの信号が異常であることを示す判定信号を受けて第２の駆動信号を出力することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１の駆動信号は、前記実効画素を駆動する信号と前記オプチカルブラック画素を駆動する信号とで波形が同一であり、
前記第２の駆動信号は、前記実効画素を駆動する信号と前記オプチカルブラック画素を駆動する信号とで波形が異なることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記信号読み出し部は、前記実効画素からの前記画像信号又は前記オプチカルブラック画素からの黒レベルの信号を行ごとに垂直信号線に転送する垂直走査回路と、前記垂直信号線に転送された前記いずれかの信号を水平信号線を介して外部に出力する水平走査回路、とを有し、
前記垂直走査回路は、前記判定信号が入力されて前記第１の駆動信号又は前記第２の駆動信号を前記オプチカルブラック画素に出力する判定回路を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記実効画素は、転送部と、前記転送部を介して前記受光部に蓄積された電荷を受け取り前記電荷に対応する前記画像信号を出力する増幅部とを更に有し、
前記オプチカルブラック画素は、転送部と、前記転送部を介して前記受光部に蓄積された電荷を受け取り、前記電荷に対応する前記黒レベルの信号を出力する増幅部とを更に有し、
前記第１の駆動信号は、前記実効画素及び前記オプチカルブラック画素に配置される前記転送部を動作させて、前記受光部と前記増幅部とを電気的に接続させる駆動信号を少なくとも含み、
前記第２の駆動信号は、前記実効画素に配置される前記転送部を動作させて前記受光部と前記増幅部とを電気的に接続させる駆動信号と、前記オプチカルブラック画素に配置される前記転送部を非動作とし前記受光部と前記増幅部とを電気的に遮断させる駆動信号とを少なくとも含むことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記実効画素及び前記オプチカルブラック画素が共に配置される共有行を有し、
前記読み出し回路は、前記共有行において前記実効画素と接続される実効画素用の駆動配線と、前記共有行において前記オプチカルブラック画素と接続されるオプチカルブラック画素用の駆動配線とを有することを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を制御して、被写体を撮像する撮像制御部と、
前記被写体の分割測光を行う分割測光部と、
前記分割測光部の分割測光結果に基づいて前記黒レベルが正常かまたは異常かを判断してその結果を判定信号として前記信号読み出し部に出力する指示部とを備えたことを特徴とする電子カメラ。
【請求項７】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の固体撮像素子と、
前記固体撮像素子を制御して、被写体を撮像する撮像制御部と、
前記固体撮像素子で生成される前記画像信号及び前記黒レベルの信号から被写体像をモニタ表示する表示部と、
ユーザー操作に基づいて前記黒レベルが異常であることを示す判定信号を生成し前記信号読み出し部に出力する指示部とを備えたことを特徴とする電子カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オプチカルブラック領域を有する固体撮像素子、及びこの固体撮像素子を搭載する電子カメラに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来よりオプチカルブラック領域を有する固体撮像素子が知られている。図１２は従来技術を説明する図面であって、（ａ）は従来の固体撮像素子１００を示す概念図である。この図に示すように、固体撮像素子１００の受光面には、実効画素領域１０１およびオプチカルブラック領域１０２が、互いに境界を接して配置される。
【０００３】
実効画素領域１０１は、実効画素を２次元配列した領域であり、被写体からの光を画素に配置される受光部にて光電変換し光電荷を生成し蓄積する。そして、実効画素領域１０１の各実効画素は、その光電荷に応じた画像信号を出力する。
このとき、実効画素は、暗出力成分の信号を含めて出力する。暗出力成分の信号(以下、これを黒レベルの信号と称す)とは、主に素子温度に依存して発生する信号であり、ノイズの一種である。よって、実効画素は、真の画像信号と黒レベルの信号が混合された信号を画像信号として出力する。この黒レベルの信号は、環境変化などにより素子の温度変化が生ずると変動する。したがって、同一の光量を入射しても、実効画素領域１０１から出力される画像信号は、黒レベルの変動に伴い変化する。
【０００４】
一方、オプチカルブラック領域１０２は、オプチカルブラック画素を２次元配列して構成される。このオプチカルブラック画素は、遮光状態の受光部を有している。光が入射されないためオプチカルブラック画素は、暗状態で生成されるノイズ電荷を蓄積する。そして、オプチカルブラック領域１０２の各画素は、黒レベルの信号を出力する。
オプチカルブラック領域１０２と実効画素領域１０１は、隣接配置される。このため、両領域の画素は、ほぼ同じ温度であり、同一の黒レベルであると考えられる。したがって、オプチカルブラック領域１０２から出力される黒レベルの信号を黒レベルの基準信号とし、この信号に基づいて、実効画素領域から出力される画像信号のレベル変動を同相除去することにより、画像信号の黒レベルを適正に補正することが可能になる。
【０００５】
そして、このような固体撮像素子を有する電子カメラは、黒レベルの基準信号を用いて画像信号を補正し、被写体の信号を表示、保存する。
ところで、このようなオプチカルブラック領域を有する固体撮像素子は、いわゆる「暗転現象」を生ずることが知られている。これは、図１２（ａ）に示したように固体撮像素子の実効画素領域とオプチカルブラック領域の境界近辺に強い光が入射すると、画像の一部が黒く沈むという現象である。このように高輝度スポットＳが入射すると、その画像は、図１２（ｂ）に例示したような黒ずんだ筋状の画像部分を生ずる。
【０００６】
暗転現象を防止するため、例えば特許文献１では、複数のオプチカルブラック領域を配置し、強い光が入射されたオプチカルブラック領域以外から取得した黒レベルを用いて上記補正を行う撮像装置を提案している。
【特許文献１】特開２００２−２９０８４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に開示された撮像装置は、暗転現象を確実に防止できるという顕著な効果を有している。しかしながら、常に強い光が固体撮像素子に入射されるわけではない。況して、強い光が実効画素領域とオプチカルブラック領域の境界付近に入射されるのは、稀である。このような不確実な現象に、コストアップとなる複雑な回路や特別な構成を用いることは好ましくない。暗転現象を低減しつつ、より一層のコストダウンが望まれている。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で暗転現象を低減することが可能な固体撮像素子及び電子カメラを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者は、Ｘ-Ｙアドレス方式の固体撮像素子においては、その特性を十分に活用することにより、簡便な手法により上記問題点が解決することを見出し、発明するに至った。
【００１０】
そこで、本発明の第１の態様による固体撮像素子は、入射光量に応じて光電荷を生成し蓄積する受光部を有する実効画素が複数配置され画像信号を出力する実効画素領域と、遮光され暗状態のノイズ電荷を蓄積する受光部を有するオプチカルブラック画素が複数配置され黒レベルの信号を出力するオプチカルブラック領域と、前記黒レベルの信号の状態を示す判定信号を受けて、前記判定信号に従って前記実効画素及び前記オプチカルブラック画素に駆動信号を出力し前記画像信号及び前記黒レベルの信号を出力する信号読み出し回路とを有し、前記信号読み出し回路は前記黒レベルの信号が正常であることを示す判定信号を受けて第１の駆動信号を出力し、前記黒レベルの信号が異常であることを示す判定信号を受けて第２の駆動信号を出力することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第２の態様による固体撮像素子は、第１の態様において、前記第１の駆動信号は前記実効画素を駆動する信号と前記オプチカルブラック画素を駆動する信号とで波形が同一であり、前記第２の駆動信号は前記実効画素を駆動する信号と前記オプチカルブラック画素を駆動する信号とで波形が異なることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第３の態様による固体撮像素子は、第１又は第２の態様において、前記信号読み出し部は前記実効画素からの前記画像信号又は前記オプチカルブラック画素からの黒レベルの信号を行ごとに垂直信号線に転送する垂直走査回路と、前記垂直信号線に転送された前記いずれかの信号を水平信号線を介して外部に出力する水平走査回路とを有し、前記垂直走査回路は前記判定信号が入力されて前記第１の駆動信号又は前記第２の駆動信号を前記オプチカルブラック画素に出力する判定回路を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明の第４の態様による固体撮像素子は、第２又は第３の態様において、前記実効画素は、転送部と、前記転送部を介して前記受光部に蓄積された電荷を受け取り前記電荷に対応する前記画像信号を出力する増幅部とを更に有し、前記オプチカルブラック画素は、転送部と、前記転送部を介して前記受光部に蓄積された電荷を受け取り、前記電荷に対応する前記黒レベルの信号を出力する増幅部とを更に有し、前記第１の駆動信号は、前記実効画素及び前記オプチカルブラック画素に配置される前記転送部を動作させて、前記受光部と前記増幅部とを電気的に接続させる駆動信号を少なくとも含み、前記第２の駆動信号は、前記実効画素に配置される前記転送部を動作させて前記受光部と前記増幅部とを電気的に接続させる駆動信号と、前記オプチカルブラック画素に配置される前記転送部を非動作とし前記受光部と前記増幅部とを電気的に遮断させる駆動信号とを少なくとも含むことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の第５の態様による固体撮像素子は、第２から第４のいずれかの態様において、前記実効画素及び前記オプチカルブラック画素が共に配置される共有行を有し、前記読み出し回路は前記共有行において前記実効画素と接続される実効画素用の駆動配線と、前記共有行において前記オプチカルブラック画素と接続されるオプチカルブラック画素用の駆動配線とを有することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の第６の態様は、電子カメラであって、第１から第５のいずれかの態様における固体撮像素子と、前記固体撮像素子を制御して被写体を撮像する撮像制御部と、前記被写体の分割測光を行う分割測光部と、前記分割測光部の分割測光結果に基づいて前記黒レベルが正常かまたは異常かを判断してその結果を判定信号として前記信号読み出し部に出力する指示部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の第７の態様による電子カメラは、第１から第５のいずれかの態様における固体撮像素子と、前記固体撮像素子を制御して被写体を撮像する撮像制御部と、前記固体撮像素子で生成される前記画像信号及び前記黒レベルの信号から被写体像をモニタ表示する表示部と、ユーザー操作に基づいて前記黒レベルが異常であることを示す判定信号を生成し前記信号読み出し部に出力する指示部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の固体撮像素子は、暗転現象を防止することが可能となる。また、複数のオプチカルブラック領域を必ずしも要せず、構成が特許文献１に比べて簡素となり、これに伴い駆動回路も簡略化となる。このため、製造コストが低減されるという効果もある。
【００１８】
この固体撮像素子を搭載する電子カメラは、駆動回路が簡略化され製造コストが低減された固体撮像素子を搭載するのに伴い、これを動作させる駆動部が簡略化されまた製造コストが低減される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明による固体撮像素子および電子カメラについて、図面を参照して詳細に説明する。
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る本発明の固体撮像素子回路図である。本固体撮像素子１は、複数の実効画素２０と、複数のオプチカルブラック画素２１と、これらの画素から信号を読み出して固体撮像素子の外部に出力する信号読み出し部とを有している。
【００２０】
なお、ここでは、横方向に対する画素の配列を「行」、縦方向に対する画素の配列を「列」と称し、図面の下から上に向かって１行目、２行目、図面の左から右に向かって１列目、２列目と定義する。即ち、本実施形態の固体撮像素子１は、１、２行目にオプチカルブラック画素２１を有し、３、４、５行目に実効画素２０を有している。そして、実効画素２０とオプチカルブラック画素２１とが共に配置される５列の画素列を有している。しかし、本発明は５行５列に限られるものではない。
【００２１】
実効画素２０は、入射光量に応じて光電変換による光電荷を生成し蓄積する受光部２３Ｌと、蓄積された光電荷を画像信号として垂直信号線７に出力する転送トランジスタ２２Ｌとを有する。実効画素２０は、複数二次元状に配置されて実効画素領域２を成している。転送トランジスタ２２Ｌは、垂直走査回路５からの駆動信号により駆動され、受光部２３Ｌと垂直信号線７とを電気的に接続又は遮断する。実効画素領域２は、転送トランジスタ２２Ｌの駆動に従い画像信号を出力する。
【００２２】
オプチカルブラック画素２１は、実効画素２０と同様に受光部２３Ｄと転送トランジスタ２２Ｄとを有する。しかし、オプチカルブラック画素２１は、少なくとも受光部２３Ｄ上が金属薄膜にて遮光されている。このため、オプチカルブラック画素２１に配置される受光部２３Ｄは、暗状態のノイズ電荷のみを蓄積し、光電荷は生成されない。遮光に用いる金属薄膜は、各種配線を兼用しても良いし、また、専用に形成しても良い。
【００２３】
オプチカルブラック画素２１は、複数二次元状に配置されてオプチカルブラック領域３を成している。本実施形態の固体撮像素子１は、行方向にオプチカルブラック画素２１が配置されたオプチカルブラック領域３を有している。なお、ここでは、１、２行目としたが、行数はこれに限られるものではなく、１行だけでも或は３行以上配置させてもよい。また、最下部ではなく、最上部に配置させても良い。
【００２４】
オプチカルブラック画素２１の転送トランジスタ２２Ｄは、垂直走査回路５からの駆動信号により駆動され、受光部２３Ｄと垂直信号線７とを電気的に接続又は遮断する。オプチカルブラック領域３は、転送トランジスタ２２Ｄの駆動に従いノイズ電荷を出力する。本固体撮像素子１は、画素に増幅部を有しておらず、画素から出力される電荷が信号となる。したがって、本固体撮像素子１において、オプチカルブラック画素２１から出力されるノイズ電荷が黒レベルの信号となる。
【００２５】
信号読み出し部は、水平走査回路４、水平走査回路４に駆動配線１３を介して接続される水平トランジスタ８、水平信号線１０、水平信号線１０に接続される出力アンプ１１及び水平リセットトランジスタ１２、垂直走査回路５、垂直走査回路５に接続される駆動配線２４Ｌ、２４Ｄ、垂直信号線７、垂直リセットトランジスタ９など、画素を駆動させ信号を外部に出力させるための構成からなる。
【００２６】
垂直走査回路５に接続される駆動配線２４Ｌ、２４Ｄは、行ごとに画素の転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄと接続される。
垂直走査回路５は、行ごとに駆動配線２４Ｌ、２４Ｄを介して転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄに駆動信号を出力し、これを駆動させる。なお、２４Ｌは実効画素２０と接続される実効画素用駆動配線、２４Ｄはオプチカルブラック画素２１と接続されるオプチカルブラック画素用駆動配線である。オプチカルブラック画素用駆動配線２４Ｄは、垂直走査回路５内部の判定回路６と接続されている。転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄは、これをオン状態とする駆動信号を受け取ると、行ごとに受光部２３Ｌ、２３Ｄに蓄積されている電荷を垂直信号線７に出力する。
【００２７】
水平走査回路４は、列ごとに駆動配線１３を介して駆動信号を水平トランジスタ８に出力して水平トランジスタ８を駆動させる。水平トランジスタ８はオン状態とされると、垂直信号線７の信号を水平信号線１０に読み出し、アンプ１１を介して外部に出力させる。一つの列の信号が外部に出力された後、水平リセットトランジスタ１２がオン状態とされて水平信号線１０がリセットされる。次いで、次の列の信号が読み出される。
一行分の画素からの信号を水平信号線１０にすべて読み出した後、垂直リセットトランジスタ９がオン状態とされ、全垂直信号線７がリセットされる。このようにして、すべての画素からの信号が出力される。
【００２８】
以下、実施形態の本固体撮像素子１が暗転現象を防止することについて、詳細に説明する。
垂直走査回路５は、判定回路６を有している。判定回路６は、固体撮像素子１の外部からの判定信号（φＪ）と、垂直走査回路５内部からの内部信号を受け取る。
判定信号は、オプチカルブラック領域３より出力された黒レベルの信号が正常か異常かを示す二値の信号である。なお、ここで言う「黒レベルの信号が正常」とは、暗転現象が生じていない状態を言い、「黒レベルの信号が異常」とは、暗転現象の生じる可能性が高い状態を言う。また、判定回路６が受け取る内部信号とは、詳細は後述するが例えば垂直走査回路から出力される従来の駆動信号である。
【００２９】
黒レベルの信号が正常であることを示す判定信号を受け取ると、判定回路６は、垂直走査回路５からの内部信号をそのまま駆動信号として出力する。判定回路６から出力される駆動信号は、オプチカルブラック画素２１と接続される駆動配線２４Ｄを介してオプチカルブラック画素２１の転送トランジスタ２２Ｄを駆動する。したがって、所定のタイミングでオプチカルブラック画素２１の転送トランジスタ２２Ｄはオンとなり、受光部２３Ｄに蓄積されているノイズ電荷が垂直信号線７に出力される。
一方、垂直走査回路５は、黒レベルが正常か異常かに関わらず、実効画素２０に内部信号をそのままの波形で駆動信号として出力する。そして、垂直走査回路５から出力される駆動信号は、実効画素２０に接続される駆動配線２４Ｌを介して実効画素２０の転送トランジスタ２２Ｌを駆動する。したがって、所定のタイミングで実効画素２０の転送トランジスタ２２Ｌはオンとなり、受光部２３Ｌに蓄積されている光電荷が垂直信号線７に出力される。
【００３０】
このように、垂直走査回路５は、黒レベルの信号が正常であることを示す判定信号を受け取ると、実効画素２０とオプチカルブラック画素２１に同じ波形の駆動信号を出力する（オンさせるタイミングは異なる）。そして、従来どおりにオプチカルブラック領域３から出力される黒レベルの信号を黒レベルの基準信号とし、この信号に基づいて、実効画素領域２から出力される画像信号のレベル変動を同相除去する。このようにして、画像信号の黒レベルは、適正に補正することが可能となる。
【００３１】
また、暗転現象が生じて黒レベルの信号が異常であることを示す判定信号を受け取ると、判定回路６は、オプチカルブラック画素２１の転送トランジスタ２２Ｄをオンさせず、オフのままにさせる駆動信号を出力する。したがって、オプチカルブラック画素２１の受光部２３Ｄに蓄積されているノイズ電荷は、出力されない。このように、判定回路６は、垂直走査回路５からの内部信号とは異なる波形の駆動信号をオプチカルブラック画素２１に出力する。
【００３２】
一方、垂直走査回路５は、前述の通り黒レベルが正常か異常かに関わらず、実効画素２０に内部信号をそのままの波形で駆動信号として出力する。そして、垂直走査回路５から出力される駆動信号は、実効画素２０に接続される駆動配線２４Ｌを介して実効画素２０の転送トランジスタ２２Ｌを駆動する。したがって、所定のタイミングで実効画素２０の転送トランジスタ２２Ｌはオンとなり、受光部２３Ｌに蓄積されている光電荷が垂直信号線７に出力される。
【００３３】
このように、垂直走査回路５は、黒レベルの信号が異常であることを示す判定信号を受け取ると、実効画素２０とオプチカルブラック画素２１に異なる波形の駆動信号を出力する。この場合、オプチカルブラック領域３から出力される黒レベルの信号は、ノイズ電荷の成分は含まれない。このため、暗電流成分の除去は出来ない。しかしながら、暗電流成分を含まない黒レベルの信号は、基準信号として実効画素領域２から出力される画像信号の黒レベルを補正することが可能となる。
【００３４】
以上のように、本固体撮像素子１は、黒レベルの信号の状態を示す判定信号を受け取る。それが正常を示すものならば、オプチカルブラック画素２１の受光部２３Ｄに蓄積されるノイズ電荷を黒レベルの基準信号とし、この信号に基づいて、実効画素領域から出力される画像信号のレベル変動を同相除去することにより画像信号の黒レベルを適正に補正することが可能となる。また、判定信号が異常を示すものならば、上記ノイズ電荷を含まない黒レベルを基準信号として画像信号を補正することが可能となる。これにより、正常時及び異常時のそれぞれにおいて適宜好ましい黒レベルの補正をすることができる。
【００３５】
図２は、本実施形態に係る固体撮像素子１の垂直走査回路５の概略構成図である。垂直走査回路５は、シフトレジスタ２５、ロジック回路２６、及び、判定回路６とを有している。シフトレジスタ２５は、マイクロプロセッサ（後述する）からクロックパルスやスタートパルスを受け取って、選択する画素の行とそのタイミングを指定するための内部信号をロジック回路２６に出力する。ロジック回路２６は、シフトレジスタ２５によって指定された選択行の画素に駆動信号を出力する。
【００３６】
シフトレジスタ２５、及び、ロジック回路２６の構成や機能は従来の固体撮像素子と同様である。本固体撮像素子１の垂直走査回路５は、さらに判定回路６を備えている。換言すれば、本固体撮像素子１は、従来の構成に判定回路を追加したものである。ここで、判定回路６の配置される位置に着眼して二つの構成を例示する。
【００３７】
図２（ａ）は、判定回路６がロジック回路２６の後段に配置される場合の概略構成図である。シフトレジスタ２５は、上記の内部信号を生成してロジック回路２６に出力する。ロジック回路２６は、駆動信号の元となる内部信号を生成して判定回路６に出力する。また、ロジック回路２６は、その内部信号を駆動信号として実効画素２０に出力する。
【００３８】
判定回路６は、ロジック回路２６からの内部信号と、判定信号とを受け取って、その結果を駆動信号としてオプチカルブラック画素に出力する。図２（ｃ）は判定回路６の一例を示し、ここでは各行にアンド回路２７を配置している。ロジック回路２６からの内部信号は、ここでは転送トランジスタ２２Ｄをオンさせる信号がハイレベル、オフさせる信号がローレベルである二値の電圧とする（以下、それぞれ「ハイ」「ロー」と称す）。また、判定信号は、黒レベルの状態が正常であることを示す信号が「ハイ」、異常であることを示す信号が「ロー」である二値の電圧とする。
【００３９】
このように構成される判定回路６は、正常を示す判定信号と、転送トランジスタ２２Ｄをオンさせる内部信号とを受け取ると、「ハイ」の駆動信号（転送トランジスタ２２Ｄをオンさせる信号）を出力する。また、判定回路６は、異常を示す判定信号を受け取ると、「ロー」の駆動信号（転送トランジスタ２２Ｄをオフさせる信号）を出力する。このように、判定回路６は、簡単な構成で容易に実現される。
【００４０】
図２（ｂ）は、判定回路６がシフトレジスタ２５とロジック回路２６の間に配置される場合の概略構成図である。シフトレジスタ２５は、選択する画素の行とそのタイミングを指定するための内部信号を生成してロジック回路２６と判定回路６に出力する。
判定回路６は、シフトレジスタ回路２５からの内部信号と、判定信号とを受け取って、その結果をロジック回路２６に出力する。図２（ｂ）の構成においても、判定回路６は、各行にアンド回路２７を配置する図２（ｃ）の構成でよい。
【００４１】
ここでも、シフトレジスタ回路２５からの内部信号は、行を選択する信号が「ハイ」、非選択する信号が「ロー」である二値の電圧とする。また、判定信号は、黒レベルの状態が正常であることを示す信号が「ハイ」、異常であることを示す信号が「ロー」である二値の電圧とする。
【００４２】
このように構成される判定回路６は、黒レベルの状態が正常を示す判定信号と、行を選択する内部信号とを受け取ると、「ハイ」の内部信号（行を選択する信号）をロジック回路２６に出力する。また、判定回路６は、黒レベルの状態が異常を示す判定信号を受け取ると、内部信号の如何に関わらず「ロー」の駆動信号（行を非選択する信号）を出力する。
そして、ロジック回路２６は、シフトレジスタ２５及び判定回路６から選択行の情報を示す内部信号を受け取り、その情報にしたがって駆動信号を行ごとに出力する。オプチカルブラック画素２１への駆動信号は、判定回路６が出力する内部信号に従う。ここで、シフトレジスタ２５は、オプチカルブラック画素２１の行を選択する内部信号（ハイ）を出力することを想定する。判定信号が「ハイ」（オプチカルブラック画素の行を選択）ならば、判定回路６は「ハイ」をロジック回路２６に出力する。したがって、ロジック回路２６は、「ハイ」のタイミングで、選択されたオプチカルブラック画素２１の行に転送トランジスタ２２Ｄをオンさせる駆動信号を出力する。一方、判定信号が「ロー」（黒レベル異常）ならば、判定回路６は「ロー」をロジック回路２６に出力する。したがって、ロジック回路２６は、シフトレジスタ２５が「ハイ」を出力して選択した行であるにも関わらず転送トランジスタ２２Ｄをオフのままとする駆動信号を出力する。
また、実効画素２０への駆動信号は、判定回路６に入力されない。よって、ロジック回路２６は、シフトレジスタ２５からの内部信号にしたがって、選択された行の実効画素２０に駆動信号を出力する。
【００４３】
このような構成においても、図２（ａ）と同様な効果を有する。なお、ここでは、判定回路６をアンド回路の例で示したが、これに限られるものではなく、「ハイ」「ロー」の関係を変更してナンド回路やオア回路などにしても良い。
【００４４】
図３は、本固体撮像素子１を駆動するためのタイミングチャートである。まず、黒レベルが正常である場合の動作を図３（ａ）の図面を引用して説明する。なお、ここでは、垂直走査回路５を図２（ａ）の構成を例にして説明する。したがって、図３（ａ）のタイミングチャートは、縦軸に判定信号（φＪ）、垂直走査回路の内部信号（φin1、φin2）、駆動信号（φＴＧ１〜φＴＧ５）を示し、横軸は経過時間を示す。
【００４５】
Ｔ１の期間の前において、オプチカルブラック画素２１から出力される黒レベルは正常となっているので、判定信号φＪは「ハイ」となっている。また、内部信号φin1は「ロー」である。したがって、判定回路６は、駆動信号φＴＧ１を「ロー」にして出力している。
【００４６】
Ｔ１開始からＴＨ２までの期間は、オプチカルブラック画素２１からノイズ電荷を読み出す期間であり、シフトレジスタ２５がオプチカルブラック画素２１のいずれかの行を選択している期間である。Ｔ１の期間において、オプチカルブラック画素の行である１行目の画素がシフトレジスタ２５にて選択されている。ロジック回路２６は、１行目の内部信号φin1を「ハイ」にして判定回路６に出力する。判定回路６は、判定信号φＪが「ハイ」、内部信号φin1が「ハイ」であるため、１行目の駆動信号φＴＧ1を「ハイ」にして出力する。このため、１行目のオプチカルブラック画素２１の転送トランジスタ２２Ｄは、駆動信号φＴＧ1を受け取ってオン状態となる。そして、受光部２３Ｄに蓄積されているノイズ電荷は、垂直信号線７に出力される。その後、内部信号φin1は「ロー」とされ、それに伴い駆動信号φＴＧ１も「ロー」となり、転送トランジスタ２２Ｄはオフとされる。
【００４７】
その他の行は非選択行である。したがって、ロジック回路２６は、判定回路６にオプチカルブラック画素２１の行である２行目の内部信号φin2を「ロー」のまま出力する。判定回路６は、判定信号φＪが「ハイ」、内部信号φin2が「ロー」であるので、２行目の駆動信号φＴＧ２を「ロー」のまま出力する。また、判定回路６が接続されていない実効画素２０（３〜５行目）の行においては、ロジック回路２６が駆動信号φＴＧ３〜φＴＧ５を「ロー」として出力する。これらの非選択行は、駆動信号が「ロー」であるため、転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄは、オフのままである。
【００４８】
ＴＨ１の期間は水平走査期間である。水平走査回路４は、各列に順次水平駆動信号φＨ１〜φＨ５を出力する。水平トランジスタ８は、水平駆動信号φＨ１〜φＨ５にしたがって順次オン状態とされ、垂直信号線７に蓄積されたノイズ電荷が水平信号線１０、アンプ１１を介して外部に出力される。一つの列からノイズ電荷を読み出した後、水平リセットトランジスタ１２がオンとされ、水平信号線１０はリセットされる。また、すべての列を読み出した後、垂直リセットトランジスタ９はオン状態とされ、垂直信号線７がリセットされる。
【００４９】
次いで、Ｔ２の期間においては、２行目の画素（オプチカルブラック画素）が選択されている。ロジック回路２６は、２行目の内部信号φin2を「ハイ」にして判定回路６に出力する。これに伴い判定回路６は、２行目の駆動信号φＴＧ２を「ハイ」にして出力する。このため、２行目のオプチカルブラック画素２１Ｄの転送トランジスタ２２Ｄは、駆動信号φＴＧ２を受け取ってオン状態となる。そして、受光部２３Ｄに蓄積されているノイズ電荷は、垂直信号線７に出力される。その後、内部信号φin2は「ロー」とされ、それに伴い駆動信号φＴＧ2も「ロー」となり、転送トランジスタ２２Ｄはオフとされる。
【００５０】
その他の行は非選択行である。したがって、ロジック回路２６は、オプチカルブラック画素２１の行である１行目の内部信号φin1を「ロー」のまま出力する。判定回路６は、判定信号φＪが「ハイ」、内部信号φin2が「ロー」であるので、２行目の駆動信号φＴＧ2を「ロー」のまま出力する。また、判定回路６が接続されていない実効画素２０（３〜５行目）の行においては、ロジック回路２６が駆動信号φＴＧ２〜φＴＧ５を「ロー」として出力する。これらの非選択行は、駆動信号が「ロー」であるため、転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄは、オフのままである。
【００５１】
２行目の画素から垂直信号線にノイズ電荷を読み出した後、水平走査期間ＴＨ２となり、各垂直信号線７に蓄積されているノイズ電荷が順次外部読み出される。この動作に関しては、１行目の水平走査期間と同じであり、ここでは説明を省略する。
【００５２】
Ｔ３以降は、実効画素２０からの光電荷を読み出す期間であり、シフトレジスタ２５が実効画素２０のいずれかの行を選択している期間である。Ｔ３の期間において、実効画素２０の行である３行目の画素がシフトレジスタ２５にて選択されている。ロジック回路２６は、３行目の駆動信号φＴＧ３を「ハイ」にして実効画素２０に出力する。３行目の実効画素２０の転送トランジスタ２２Ｌは、φＴＧ３駆動信号を受け取ってオン状態となる。そして、受光部２３Ｌに蓄積されている光電荷は、垂直信号線７に出力される。その後、駆動信号φＴＧ３は「ロー」となり、転送トランジスタ２２Ｌはオフとされる。
【００５３】
その他の行は非選択行である。ロジック回路２６は、オプチカルブラック画素行の内部信号φin1、φin2を「ロー」のまま判定回路６に出力する。判定回路６は、判定信号φＪが「ハイ」、内部信号φin1、φin2が「ロー」であるため、駆動信号φＴＧ１、φＴＧ２を「ロー」のまま出力する。また、判定回路６が接続されていない実効画素２０のその他の行においては、ロジック回路２６が駆動信号φＴＧ４、φＴＧ５を「ロー」のまま出力する。したがって、これらの非選択行の転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄは、オフのままである。
次いで、水平走査期間ＴＨ３に入り、光電荷が垂直信号線７から外部に出力される。
４行目以降においても、３行目と同様な駆動走査にしたがって順次光電荷が読み出される。このようにして、全画素から光電荷又はノイズ電荷が読み出され、一つのフレームの画像情報が得られる。
【００５４】
以上のように、読み出し回路は、黒レベルが正常であることを示す判定信号を受け取ると、いずれの行においても転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄをオンさせる駆動信号を出力する。すなわち、オンさせるタイミングは異なるが、読み出し回路は、実効画素２０及びオプチカルブラック画素２１に同じ波形の駆動信号を出力する。
【００５５】
次に、黒レベルが異常である場合の動作を図３（ｂ）の図面を引用して説明する。なお、ここでも、垂直走査回路５を図２（ａ）の構成にて説明する。
Ｔ１の期間の前において、オプチカルブラック画素２１から出力される黒レベルは異常となっているので、判定信号φＪは「ロー」である。また、内部信号φin1は「ロー」である。したがって、判定回路６は、駆動信号φＴＧ１を「ロー」にして出力している。
【００５６】
Ｔ１開始からＴＨ２までの期間は、シフトレジスタ２５がオプチカルブラック画素２１のいずれかの行を選択している期間である。Ｔ１の期間において、オプチカルブラック画素の行である１行目の画素がシフトレジスタ２５にて選択されている。ロジック回路２６は、１行目の内部信号φin1を「ハイ」にして判定回路６に出力する。判定回路６は、判定信号φＪが「ロー」、内部信号φin1が「ハイ」であるため、１行目の駆動信号φＴＧ１を「ロー」のまま出力する。すなわち、１行目は、シフトレジスタ２５により選択されているにも関わらず、駆動信号φＴＧ１は、非選択状態を示す「ロー」が出力される。このため、１行目のオプチカルブラック画素２１の転送トランジスタ２２Ｄは、オフ状態のままとなる。よって、１行目の受光部２３Ｄに蓄積されているノイズ電荷は、垂直信号線７には出力されない。
【００５７】
その他の行は非選択行である。したがって、２行目には判定回路６が駆動信号φＴＧ２を「ロー」のまま出力する。また、判定回路６が接続されていない実効画素２０（３〜５行目）の行においては、ロジック回路２６が駆動信号φＴＧ２〜φＴＧ５を「ロー」として出力する。これらの非選択行は、駆動信号が「ロー」であるため、転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄは、オフのままである。
【００５８】
次いで、水平走査期間ＴＨ１に入る。動作は図３（ａ）のＴＨと同じであり説明は省略するが、外部に出力される電荷の成分は異なる。即ち、オプチカルブラック画素２１の転送トランジスタ２２Ｄはオフのままであるから、ノイズ電荷は出力されない。しかし、各垂直信号線７には、ノイズ電荷を含まない黒レベルが基準信号として出力される。
【００５９】
次いで、Ｔ２の期間においては、オプチカルブラック画素の行である２行目の画素がシフトレジスタ２５にて選択されている。ロジック回路２６は、２行目の内部信号φin2を「ハイ」にして判定回路６に出力する。判定回路６は、判定信号φＪが「ロー」、内部信号φin2が「ハイ」であるため、２行目の駆動信号φＴＧ２を「ロー」のまま出力する。すなわち、２行目は、シフトレジスタ２５により選択されているにも関わらず、駆動信号φＴＧ２は、非選択状態を示す「ロー」が出力される。このため、２行目のオプチカルブラック画素２１Ｄの転送トランジスタ２２Ｄは、オフ状態のままとなる。よって、２行目の受光部２３Ｄに蓄積されているノイズ電荷は、垂直信号線７には出力されない。
【００６０】
その他の行は非選択行である。したがって、１行目には判定回路６が駆動信号φＴＧ１を「ロー」のまま出力する。また、判定回路６が接続されていない実効画素２０（３〜５行目）の行においては、ロジック回路２６が駆動信号φＴＧ２〜φＴＧ５を「ロー」として出力する。これらの非選択行は、駆動信号が「ロー」であるため、転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄは、オフのままである。
【００６１】
次いで、水平走査期間ＴＨ２に入る。ここでの動作及び出力される信号成分は、１行目の水平走査期間ＴＨ１と同じであり、説明を省略する。
Ｔ３以降は、実効画素２０からの光電荷を読み出す期間である。Ｔ３の期間において、実効画素２０の行である３行目の画素がシフトレジスタ２５にて選択されている。ロジック回路２６は、３行目の駆動信号φＴＧ３を「ハイ」にして実効画素２０に出力する。３行目の実効画素２２Ｌの転送トランジスタ２２Ｌは、φＴＧ３駆動信号を受け取ってオン状態となる。そして、受光部２３Ｌに蓄積されている光電荷は、垂直信号線７に出力される。その後、駆動信号φＴＧ３は「ロー」となり、転送トランジスタ２２Ｌはオフとされる。
【００６２】
その他の行は非選択行である。ロジック回路２６は、オプチカルブラック画素行の内部信号φin1、φin2を「ロー」のまま判定回路６に出力する。判定回路６は、判定信号φＪが「ロー」、内部信号φin1、φin2が「ロー」であるため、駆動信号φＴＧ１、φＴＧ２を「ロー」のまま出力する。また、判定回路６が接続されていない実効画素２０のその他の行においては、ロジック回路２６が駆動信号φＴＧ４、φＴＧ５を「ロー」のまま出力する。したがって、これらの非選択行の転送トランジスタ２２Ｌ、２２Ｄは、オフのままである。
【００６３】
次いで、水平走査期間ＴＨ３に入り、光電荷が垂直信号線７から外部に出力される。
４行目以降においても、３行目と同様な駆動走査にしたがって、順次光電荷が読み出される。このようにして、全画素から光電荷又はノイズ電荷が読み出され、一つのフレームの画像情報が得られる。
【００６４】
以上のように、読み出し回路は、黒レベルが異常であることを示す判定信号を受け取ると、オプチカルブラック画素２１の行が選択されても、これに配置される転送トランジスタ２２Ｄをオフのままとさせる駆動信号を出力する。また、読み出し回路は、実効画素２０の行が選択されると、これに配置される転送トランジスタ２２Ｌをオンとさせる駆動信号を出力する。すなわち、読み出し回路は、実効画素２０とオプチカルブラック画素２１とに異なる波形の駆動信号を出力する。
このように、本実施形態の固体撮像素子１は、判定信号が「ハイ」ならば実効画素２０とオプチカルブラック画素２１のいずれにも同一の波形の駆動信号を、そして判定信号が「ロー」ならば実効画素２０とオプチカルブラック画素２１に異なる波形の駆動信号を出力する。
【００６５】
これによって、簡単な回路構成で黒レベルが正常時及び異常時のそれぞれにおいても適宜好ましい補正をすることが可能となる。また、これにより、製造コストも低減される。
なお、ここでは、垂直走査回路５を図２（ａ）の構成を例にして説明したが、図２（ｂ）の構成においても、読み出し回路は、実効画素２０とオプチカルブラック画素２１とに異なる波形の駆動信号を出力することが可能である。この構成において判定回路６は、ロジック回路２６からではなくシフトレジスタ２５から出力される内部信号を受け取る点で異なるだけであり、その他の動作は図２（ａ）の構成での動作と同じである。
【００６６】
［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態に係る本発明の固体撮像素子回路図である。本固体撮像素子４１は、複数の実効画素６０と、複数のオプチカルブラック画素６１と、これらの画素から信号を読み出して固体撮像素子の外部に出力する信号読み出し部を有している。なお、本固体撮像素子４１の基本的な画素構成、及び、相関二重サンプリング等の駆動、動作は、特開２０００-７７６４２号公報に詳細に記されている。よって、ここでは、本発明に関わる点を除き簡単に説明する。
【００６７】
本実施形態の固体撮像素子４１は、１行目にオプチカルブラック画素６１を有し、２、３、４行目に実効画素６０を有している。そして、実効画素６０とオプチカルブラック画素６１とが共に配置される５列の画素列を有している。しかし、本発明は４行５列に限られるものではない。
【００６８】
実効画素６０は、入射光量に応じて光電変換による光電荷を生成し蓄積する埋め込みフォトダイオード６３Ｌと、画素アンプである接合型電界効果トランジスタ５４Ｌ（以下ＪＦＥＴと称す）と、埋め込みフォトダイオード６３Ｌから光電荷をＪＦＥＴ５４Ｌのゲートに転送する転送トランジスタ６２Ｌと、ＪＦＥＴ５４Ｌのゲートをリセットするリセットトランジスタ５５Ｌとを有する。このように、本固体撮像素子４１は、各画素に増幅部（ＪＦＥＴ）を有する増幅型固体撮像素子である。
【００６９】
実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌは、垂直走査回路４５からの駆動信号（φＴＧ）により駆動され、埋め込みフォトダイオード６３ＬとＪＦＥＴ５４Ｌのゲートとを電気的に接続又は遮断する。ここでは、Ｐ−ＭＯＳトランジスタを用いており、ゲート電極に印加される駆動信号（φＴＧ）が「ロー」でオン状態となる。転送トランジスタ６２Ｌがオン状態になると、埋め込みフォトダイオード６３Ｌに蓄積された光電荷がＪＦＥＴ５４Ｌのゲートに転送される。
【００７０】
ＪＦＥＴ５４Ｌは、制御電極であるゲートを有し、ソースが垂直信号線４７に接続され、ドレインが電源に接続されている。ＪＦＥＴ５４Ｌは、光電荷を埋め込みフォトダイオード６３Ｌからゲートに受け取って、当該光電荷に対応する画像信号を垂直信号線４７に出力する。
【００７１】
リセットトランジスタ５５Ｌは、垂直走査回路４５からの駆動信号（φＲＧ）により駆動され、電源ＶRDとＪＦＥＴ５４Ｌのゲートとを電気的に接続又は遮断する。ここでは、Ｐ−ＭＯＳトランジスタを用いており、ゲート電極に印加される駆動信号（φＲＧ）が「ロー」でオン状態となる。
【００７２】
リセットトランジスタ５５Ｌがオン状態になると、ＪＦＥＴ５４Ｌのゲートは、基準電位にリセットされる。また、リセットトランジスタ５５Ｌは、行選択手段としても機能する。すなわち、リセットトランジスタ５５Ｌがオン状態であると、その行の画素は非選択状態となりＪＦＥＴは動作しない。また、リセットトランジスタ５５Ｌがオフ状態であると、その行の画素は選択状態となる。このため、ＪＦＥＴは動作状態となって、ゲートに蓄積された光電荷に対応する画像信号が垂直信号線４７に出力される（このメカニズムに関しては、特開２０００−７７６４２号公報に詳細に記載されている）。
【００７３】
なお、ここでは、ゲートに光電荷が蓄積されていることを想定して説明した。しかし、上記の行の選択の動作は、相関二重サンプリングを行う為に固定パターンノイズに対応する信号を出力する際も同様である。
【００７４】
このような実効画素６０が二次元状に複数配置されて、実効画素領域４２が形成されている。そして、実効画素領域４２は、転送トランジスタ６２Ｌ及びリセットトランジスタ５５Ｌの駆動に従い、画像信号、又は、固定パターンノイズに対応する信号を垂直信号線４７に出力する。
【００７５】
オプチカルブラック画素６１は、実効画素６０と同様に埋め込みフォトダイオード６３Ｄと、ＪＦＥＴ５４Ｄと、Ｐ−ＭＯＳの転送トランジスタ６２Ｄと、Ｐ−ＭＯＳのリセットトランジスタ５５Ｄとを有する。しかし、オプチカルブラック画素６１は、少なくとも埋め込みフォトダイオード６３Ｄ上が金属薄膜にて遮光されている。このため、オプチカルブラック画素６１に配置される埋め込みフォトダイオード６３Ｄは、暗状態のノイズ電荷のみを蓄積し、光電荷は生成されない。
【００７６】
オプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄは、垂直走査回路４５からの駆動信号（φＴＧ）により駆動され、埋め込みフォトダイオード６３ＤとＪＦＥＴ５４Ｄのゲートとを電気的に接続又は遮断する。転送トランジスタ６２Ｄがオン状態になると、埋め込みフォトダイオード６３Ｄに蓄積された暗状態のノイズ電荷がＪＦＥＴ５４Ｌのゲートに転送される。なお、暗状態のノイズ電荷と、前記したＪＦＥＴの固定パターンノイズとは、異なるノイズである。
【００７７】
ＪＦＥＴ５４Ｄは、制御電極であるゲートを有し、ソースが垂直信号線４７に接続され、ドレインが電源に接続されている。ＪＦＥＴ５４Ｄは、暗状態のノイズ電荷を埋め込みフォトダイオード６３Ｄからゲートに受け取って、当該ノイズ電荷に対応する黒レベルの信号を垂直信号線４７に出力する。
【００７８】
リセットトランジスタ５５Ｄは、垂直走査回路４５からの駆動信号（φＲＧ）により駆動され、電源ＶRDとＪＦＥＴ５４Ｄのゲートとを電気的に接続又は遮断する。また、リセットトランジスタ５５Ｄは、行選択手段としても機能する。すなわち、リセットトランジスタ５５Ｄがオン状態であるとその行の画素は非選択状態となり、リセットトランジスタ５５Ｄがオフ状態であるとその行の画素は選択状態となる。選択されると、ＪＦＥＴは動作状態となって、ゲートに蓄積されたノイズ電荷に対応する黒レベルの信号が垂直信号線４７に出力される。
【００７９】
なお、相関二重サンプリングを行う為に黒レベルの信号ではなく、固定パターンノイズに対応する信号を出力する際も同様である。
オプチカルブラック画素６１は、二次元状に複数配置されてオプチカルブラック領域４３を成している。本実施形態の固体撮像素子４１は、行方向にオプチカルブラック画素６１が配置されたオプチカルブラック領域４３を有している。なお、ここでは、１行目としたが、行数はこれに限られるものではなく、２行以上配置させてもよい。また、最下部ではなく、最上部に配置させても、或は両方に配置させても良い。
【００８０】
信号読み出し部は、水平走査回路４４、水平走査回路４４に駆動配線５３を介して接続される水平トランジスタ４８、水平信号線５０、水平信号線５０に接続される出力アンプ５１及び水平リセットトランジスタ５２、垂直走査回路４５、垂直走査回路４５に接続される駆動配線６４Ｌ、６４Ｄ、６８Ｌ、６８Ｄ、垂直信号線４７、垂直信号線４７に接続される垂直リセットトランジスタ４９と定電流回路２８と列アンプ２９、相関二重サンプリング回路３０など、画素を駆動させ固定パターンノイズの除去された信号を外部に出力させるための構成からなる。
【００８１】
垂直走査回路４５に接続される駆動配線６４Ｌ、６４Ｄは、行ごとに画素の転送トランジスタ６２Ｌ、６２Ｄのゲート電極に接続される。また、垂直走査回路４５に接続される駆動配線６８Ｌ、６８Ｄは、行ごとに画素のリセットトランジスタ５５Ｌ、５５Ｄのゲート電極に接続される。なお、６４Ｌ、６８Ｌは実効画素６０と接続される実効画素用駆動配線、６４Ｄ、６８Ｄはオプチカルブラック画素６１と接続されるオプチカルブラック画素用駆動配線である。オプチカルブラック画素用駆動配線のうち、６４Ｄは垂直走査回路４５内部の判定回路４６と接続されている。
【００８２】
垂直走査回路４５は、行ごとに駆動配線６４Ｌ、６４Ｄを介して転送トランジスタ６２Ｌ、６２Ｄに駆動信号を出力し、これを駆動させる。転送トランジスタ６２Ｌ、６２Ｄは、これをオン状態とする駆動信号を受け取ると、行ごとに埋め込みフォトダイオード６３Ｌ、６３Ｄに蓄積されている電荷をＪＦＥＴ５４Ｌ、５４Ｄのゲートに転送する。
また、垂直走査回路４５は、行ごとに駆動配線６８Ｌ、６８Ｄを介してリセットトランジスタ５５Ｌ、５５Ｄに駆動信号を出力し、これを駆動させる。リセットトランジスタ５５Ｌ、５５Ｄは、これをオン状態とする駆動信号を受け取ると、ＪＦＥＴ５４Ｌ、５４Ｄのゲートを基準電位とし、これに蓄積されている電荷をリセットし、さらにＪＦＥＴ５４Ｌ、５４Ｄを非選択状態にする。
【００８３】
また、リセットトランジスタ５５Ｌ、５５Ｄは、これをオフとする駆動信号を受け取ると、ＪＦＥＴ５４Ｌ、５４Ｄを動作させて選択状態にする。ＪＦＥＴ５４Ｌ、５４Ｄが動作状態になると、選択された行の画素からＪＦＥＴ５４Ｌ、５４Ｄのゲートに蓄積された電荷に対応する信号が垂直信号線４７に出力される。垂直信号線４７に出力された信号は、列アンプ２９で増幅されて相関二重サンプリング回路３０で所定の処理をされる。
相関二重サンプリング回路３０は、各列にクランプ容量３１とクランプトランジスタ３１を有している。クランプ容量３１は、ＪＦＥＴ５４Ｌ、５４Ｄのゲートをリセットした直後の固定パターンノイズの信号を蓄積する。次いで、ＪＦＥＴ５４Ｌ、５４Ｄのゲートに電荷を転送した後の信号が入力されると相関二重サンプリング回路３０は、固定パターンノイズが除去された真の信号を出力する。
【００８４】
水平走査回路４４は、列ごとに駆動配線５３を介して駆動信号を水平トランジスタ４８に出力して水平トランジスタ４８を駆動させる。水平トランジスタ４８はオン状態とされると、相関二重サンプリング回路３０の信号を列ごとに水平信号線５０に読み出し、アンプ５１を介して外部に出力させる。一つの列の信号が外部に出力された後、水平リセットトランジスタ５２がオン状態とされて水平信号線５０がリセットされる。次いで、次の列の信号が読み出される。
【００８５】
一行分の画素からの信号を水平信号線５０にすべて読み出した後、垂直リセットトランジスタ４９がオン状態とされ、全垂直信号線４７がリセットされる。このようにして、すべての画素からの信号が出力される。
【００８６】
垂直走査回路４５は、判定回路４６を有している。判定回路４６は、固体撮像素子４１の外部からの判定信号（φＪ）と、転送トランジスタ６２Ｄに関する内部信号（φin）を垂直走査回路４５内部から受け取る。なお、その他の垂直走査回路の構成は、第１の実施形態と同様である。
【００８７】
黒レベルの信号が正常であることを示す判定信号を受け取ると、判定回路４６は、垂直走査回路４５からの上記内部信号をそのまま駆動信号として出力する。判定回路４６から出力される駆動信号は、オプチカルブラック画素６１と接続される駆動配線６４Ｄを介してオプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄを駆動する。したがって、所定のタイミングでオプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄはオンとなり、埋め込みフォトダイオード６３Ｄに蓄積されているノイズ電荷がＪＦＥＴ５４Ｄのゲートに転送される。
【００８８】
垂直走査回路４５は、リセットトランジスタ５５Ｄにも駆動信号を出力する。そのタイミングに従ってＪＦＥＴ５４Ｄは、固定パターンノイズに対応する信号、又は、ゲートに蓄積された暗状態のノイズ電荷に対応する黒レベルの信号を垂直信号線４７に出力する。
一方、垂直走査回路４５は、黒レベルが正常か異常かに関わらず、実効画素６０に内部信号をそのままの波形で駆動信号として出力する。そして、垂直走査回路４５から出力される駆動信号は、実効画素６０に接続される駆動配線６４Ｌを介して実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌを駆動する。したがって、所定のタイミングで実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌはオンとなり、埋め込みフォトダイオード６３Ｌに蓄積されている光電荷がＪＦＥＴ５４Ｌのゲートに転送される。
【００８９】
垂直走査回路４５は、リセットトランジスタ５５Ｌにも駆動信号を出力する。この駆動信号は、波形がオプチカルブラック画素６１のリセットトランジスタ５５Ｄに出力される駆動信号と同じである（オンさせるタイミングは異なる）。そのタイミングに従ってＪＦＥＴ５４Ｌは、固定パターンノイズに対応する信号、又は、ゲートに蓄積された光電荷に対応する画像信号を垂直信号線４７に出力する。
【００９０】
このように、垂直走査回路４５は、黒レベルの信号が正常であることを示す判定信号を受け取ると、実効画素６０とオプチカルブラック画素６１に同じ波形の駆動信号を出力する（オンさせるタイミングは異なる）。そして、従来同様にオプチカルブラック領域４３から出力される黒レベルの信号（正確には、相関二重サンプリングにより補正された黒レベルの信号）を黒レベルの基準信号とし、この信号に基づいて、実効画素領域４２から出力される画像信号のレベル変動を同相除去する。このようにして、画像信号の黒レベルは、適正に補正することが可能となる。
【００９１】
また、暗転現象が生じて黒レベルの信号が異常であることを示す判定信号を受け取ると、判定回路４６は、オプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄをオンさせず、オフのままにさせる駆動信号を出力する。したがって、オプチカルブラック画素６１の埋め込みフォトダイオード６３Ｄに蓄積されているノイズ電荷は、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートに転送されない。このように、判定回路４６は、垂直走査回路４５からの内部信号とは異なる波形の駆動信号をオプチカルブラック画素６１に出力する。なお、相関二重サンプリングを行うための垂直走査回路４５の動作とオプチカルブラック画素６１の駆動は、黒レベルの信号が正常であるときと同じであるので、ここでは説明を省略する。
【００９２】
一方、垂直走査回路４５は、前述の通り黒レベルが正常か異常かに関わらず、実効画素６０に内部信号をそのままの波形で駆動信号として出力する。そして、垂直走査回路４５から出力される駆動信号は、実効画素６０に接続される駆動配線６４Ｌを介して実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌを駆動する。したがって、所定のタイミングで実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌはオンとなり、埋め込みフォトダイオード６３Ｌに蓄積されている光電荷がＪＦＥＴ５４Ｌのゲートに転送される。なお、相関二重サンプリングを行うための垂直走査回路４５の動作と実効画素６０の駆動は、黒レベルの信号が正常であるときと同じである。
【００９３】
このように、垂直走査回路４５は、黒レベルの信号が異常であることを示す判定信号を受け取ると、実効画素６０とオプチカルブラック画素６１に異なる波形の駆動信号を出力する。このとき、オプチカルブラック領域４３から出力される黒レベルの信号は、ノイズ電荷の成分は含まれない。このため、画像信号から暗電流成分を除去することは出来ない。しかしながら、黒レベルの信号は、暗電流成分を含まない基準信号として実効画素領域４２から出力される画像信号の黒レベルを補正することが可能となる。
以上のように、本固体撮像素子４１は、増幅型固体撮像素子であるが、第１の実施形態に係る固体撮像素子１と同様な効果を有している。
【００９４】
図５は、本固体撮像素子４１を駆動するためのタイミングチャートである。まず、黒レベルが正常である場合の動作を図５（ａ）の図面を引用して説明する。なお、ここでも垂直走査回路４５を図２（ａ）の構成として説明する。ただし、各画素６０、６１に配置される転送トランジスタ６２Ｌ、６２Ｄ、及び、リセットトランジスタ５５Ｌ、５５Ｄは、Ｐ−ＭＯＳであり、「ロー」でオンとなる。
【００９５】
そこで、判定信号φＪは、黒レベルが正常なときに「ロー」とし、判定回路４６はＯＲ回路とする。これにより、判定回路は、判定信号（φＪ）と内部信号（φin）がいずれも「ロー」であるとき「ロー」の駆動信号を出力し、その他のときは「ハイ」を出力する。
ＴＣ１開始からＴＡ１までの期間は、オプチカルブラック画素６１からノイズ電荷を読み出す期間であり、シフトレジスタ２５がオプチカルブラック画素６１である１行目を選択している。
【００９６】
ＴＣ１の期間の前において、オプチカルブラック画素６１から出力される黒レベルは正常となっているので、判定信号φＪは「ロー」である。そして、内部信号φin1は「ハイ」であるので判定回路４６は、転送トランジスタ６２Ｄの駆動信号φＴＧ１を「ハイ」にして出力している。また、このとき、ロジック回路２６は、１行目のリセットトランジスタ５５Ｄの駆動信号φＲＧ１を「ロー」にしている。このため、リセットトランジスタ５５Ｄはオンとなっており、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートは基準電位ＶRDにリセットされている。
ＴＣ１の期間において、ロジック回路２６は、駆動信号φＲＧ１を「ハイ」に反転してオプチカルブラック画素６１に駆動配線６８Ｄを介して出力する。これにより、リセットトランジスタ５５Ｄは、オフとなる。
【００９７】
そして、前述したとおりＪＦＥＴが動作状態になり、１行目のオプチカルブラック画素６１は、垂直信号線４７と接続状態となる（正確にはＪＦＥＴ５４Ｄのゲートと垂直信号線４７）。このため、固定パターンノイズに対応するノイズ信号が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に蓄積される（このとき読み出される信号を便宜的に「第一の信号」と称す）。なお、ＴＡ１の期間まで、１行目のオプチカルブラック６１と垂直信号線４７は接続状態が保持される。また、他の行は非選択状態のままである。
【００９８】
次いでＴ１の期間において、ロジック回路２６は、１行目の内部信号φin1を「ロー」にして判定回路４６に出力する。判定回路４６は、判定信号φＪが「ロー」、内部信号φin1が「ロー」であるため、１行目の駆動信号φＴＧ１を「ロー」にして出力する。このため、１行目のオプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄは、駆動信号φＴＧ１を受け取ってオン状態となり、埋め込みフォトダイオード６３ＤとＪＦＥＴ５４Ｄのゲートは電気的に接続される。そして、埋め込みフォトダイオード６３Ｄに蓄積されている暗状態のノイズ電荷は、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートに転送される。ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートには、すでに固定パターンノイズが蓄積されているので、暗状態のノイズ電荷は、それと重畳する。オプチカルブラック画素６１は垂直信号線４７と接続状態にあるので、その重畳した電荷に対応する信号が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に出力される（このときに読み出される信号を便宜的に「第二の信号」と称す）。
【００９９】
その後、内部信号φin1は「ハイ」とされ、それに伴い駆動信号φＴＧ１も「ハイ」となり、転送トランジスタ６２Ｄはオフとされる。その他の行は非選択行である。ロジック回路２６は、判定回路４６が接続されていない実効画素６０の行（２〜４行目）に駆動信号φＲＧ２〜φＲＧ４を「ロー」、駆動信号φＴＧ２〜φＴＧ４を「ハイ」として出力する。
【０１００】
ＴＨ１の期間は水平走査期間である。水平走査回路４４は、各列に順次水平駆動信号φＨ１〜φＨ５を出力する。水平トランジスタ４８は、水平駆動信号φＨ１〜φＨ５にしたがって順次オン状態とされ、対応する列の信号を出力する。このとき、相関二重サンプリング回路３０は、第二の信号から第一の信号を差し引いて出力する。したがって、固定パターンノイズが差し引かれた真の暗状態のノイズ信号がアンプ５１を介して外部に出力される。一つの列からノイズ電荷を読み出した後、水平リセットトランジスタ５２がオンとされ、水平信号線５０はリセットされる。
【０１０１】
ＴＡ１の期間において、ロジック回路２６は、駆動信号φＲＧ１を「ロー」にする。これにより、リセットトランジスタ５５Ｄはオン状態となり、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートは基準電位にリセットされる。また、これにより、１行目の画素は、非選択状態になる。そして、この期間に垂直リセットトランジスタ４９がオン状態とされ、垂直信号線４７がリセットされる。
【０１０２】
次いで、次の行の読み出しが行われる。ＴＣ２以降は、実効画素６０からの光電荷を読み出す期間であり、シフトレジスタ２５が実効画素６０のいずれかの行を選択している期間である。
【０１０３】
ＴＣ２の期間において、ロジック回路２６は、駆動信号φＲＧ２を「ハイ」に反転して実効画素６０に駆動配線６８Ｌを介して出力する。これにより、リセットトランジスタ５５Ｌは、オフとなる。これによりＪＦＥＴが動作状態となり、２行目の実効画素６０は、垂直信号線４７と接続状態となる。このため、固定パターンノイズに対応するノイズ信号（第一の信号）が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に蓄積される。なお、他の行は非選択状態のままである。
【０１０４】
次いでＴ２の期間において、ロジック回路２６は、２行目の駆動信号φＴＧ２を「ロー」にして出力する。このため、２行目の実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌは、駆動信号φＴＧ２を受け取ってオン状態となり、埋め込みフォトダイオード６３ＬとＪＦＥＴ５４Ｌのゲートは電気的に接続される。そして、埋め込みフォトダイオード６３Ｌに蓄積されている光電荷は、ＪＦＥＴ５４Ｌのゲートに転送される。ＪＦＥＴ５４Ｌのゲートは、固定パターンノイズと光電荷が重畳されて蓄積される。実効画素６０は垂直信号線４７と接続状態にあるので、その重畳した電荷に対応する画像信号が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に出力される（第二の信号）。
【０１０５】
その後、駆動信号φＴＧ２が「ハイ」となり、転送トランジスタ６２Ｌはオフとされる。その他の行は非選択行である。ロジック回路２６は、他の行（１、３、４行目）に駆動信号φＲＧ１、３、４を「ロー」、駆動信号φＴＧ１、３、４を「ハイ」として出力する。
【０１０６】
ＴＨ２の期間は水平走査期間であり、ＴＨ１の期間と同様に第二の信号から第一の信号を差し引いて固定パターンノイズが差し引かれた真の光電荷に対応する画像信号がアンプ５１を介して外部に出力される。一つの列からノイズ電荷を読み出した後、水平リセットトランジスタ５２がオンとされ、水平信号線５０はリセットされる。
【０１０７】
ＴＡ２の期間において、ロジック回路２６は、駆動信号φＲＧ２を「ロー」にする。これにより、リセットトランジスタ５５Ｌはオン状態となり、ＪＦＥＴ５４Ｌのゲートは基準電位にリセットされる。また、これにより、２行目の画素は、非選択状態になる。そして、この期間に垂直リセットトランジスタ４９がオン状態とされ、垂直信号線４７がリセットされる。
【０１０８】
３行目以降においても、２行目と同様な駆動走査にしたがって順次画像信号が読み出される。このようにして、全画素から光電荷又はノイズ電荷に対応する信号が読み出され、一つのフレームの画像情報が得られる。
【０１０９】
以上のように、読み出し回路は、各行に同様な波形の駆動信号φＲＧ１〜４を出力する。また、読み出し回路は、黒レベルが正常であることを示す判定信号を受け取ると、いずれの行においても転送トランジスタ６２Ｌ、６２Ｄをオンさせる駆動信号φＴＧ１〜４を出力する。
【０１１０】
すなわち、オンさせるタイミングは異なるが、読み出し回路は、実効画素６０及びオプチカルブラック画素６１に同じ波形の駆動信号を出力する。
次に、黒レベルが異常である場合の動作を図５（ｂ）の図面を引用して説明する。なお、ここでも、垂直走査回路４５を図２（ａ）の構成にて説明する。
【０１１１】
ＴＣ１開始からＴＡ１までの期間は、オプチカルブラック画素６１からノイズ電荷を読み出す期間であり、シフトレジスタ２５がオプチカルブラック画素６１である１行目を選択している。
【０１１２】
ＴＣ１の期間の前において、オプチカルブラック画素６１から出力される黒レベルは異常となっているので、判定信号φＪは「ハイ」である。また、このとき、ロジック回路２６は、１行目のリセットトランジスタ５５Ｄの駆動信号φＲＧ１を「ロー」にしている。このため、リセットトランジスタ５５Ｄはオンとなっており、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートは基準電位ＶRDにリセットされている。
【０１１３】
ＴＣ１の期間において、ロジック回路２６は、駆動信号φＲＧ１を「ハイ」に反転してオプチカルブラック画素６１に駆動配線６８Ｄを介して出力する。これにより、リセットトランジスタ５５Ｄは、オフとなる。そして、ＪＦＥＴが動作状態になり、１行目のオプチカルブラック画素６１は、垂直信号線４７と接続状態となる。このため、固定パターンノイズに対応するノイズ信号が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に蓄積される（第一の信号）。
【０１１４】
次いでＴ１の期間において、ロジック回路２６は、１行目の内部信号φin1を「ロー」にして判定回路４６に出力する。判定回路４６は、判定信号φＪが「ハイ」、内部信号φin1が「ロー」であるため、１行目の駆動信号φＴＧ１を「ハイ」のまま出力する。すなわち、１行目は、シフトレジスタ２５により選択されているにも関わらず、駆動信号φＴＧ１は、非選択状態を示す「ハイ」が出力される。このため、１行目のオプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄは、オフの状態（非動作の状態）となる。よって、１行目の埋め込みフォトダイオード６３Ｄに蓄積されている暗状態のノイズ電荷は、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートに出力されない。
【０１１５】
オプチカルブラック画素６１は垂直信号線４７と接続状態にある。ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートには、暗状態のノイズ電荷は転送されていない。これに対応する第二の信号が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に出力される。
その後、内部信号φin1は「ハイ」とされる。駆動信号φＴＧ１は「ハイ」が継続される。ロジック回路２６は、判定回路４６が接続されていない実効画素６０の行（２〜４行目）に駆動信号φＲＧ２〜φＲＧ４を「ロー」、駆動信号φＴＧ２〜φＴＧ４を「ハイ」として出力する。
【０１１６】
ＴＨ１の期間は水平走査期間である。次いで、水平走査期間ＴＨ１に入る。動作は図５（ａ）のＴＨ１と同じであり説明は省略するが、外部に出力される信号の成分は異なる。即ち、相関二重サンプリング回路３０は、第二の信号から固定パターンノイズに対応する第一の信号を差し引いて出力し、この差分がオプチカルブラック画素の成分となり、黒レベルとして出力される。したがって、黒レベルの基準信号がアンプ５１を介して外部に出力される。一つの列からノイズ電荷を読み出した後、水平リセットトランジスタ５２がオンとされ、水平信号線５０はリセットされる。
【０１１７】
ＴＡ１の期間において、ロジック回路２６は、駆動信号φＲＧ１を「ロー」にする。これにより、リセットトランジスタ５５Ｄはオン状態となり、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートは基準電位にリセットされる。また、これにより、１行目の画素は、非選択状態になる。そして、この期間に垂直リセットトランジスタ４９がオン状態とされ、垂直信号線４７がリセットされる。
【０１１８】
次いで、次の行の読み出しが行われる。ＴＣ２以降は、実効画素６０からの光電荷を読み出す期間であり、シフトレジスタ２５が実効画素６０のいずれかの行を選択している期間である。
【０１１９】
ＴＣ２の期間において、ロジック回路２６は、駆動信号φＲＧ２を「ハイ」に反転して実効画素６０に駆動配線６８Ｌを介して出力し、リセットトランジスタ５５Ｌはオフとなる。ＪＦＥＴが動作状態となり、２行目の実効画素６０は、垂直信号線４７と接続状態となる。このため、固定パターンノイズに対応するノイズ信号（第１の信号）が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に蓄積される。
【０１２０】
次いでＴ２の期間において、ロジック回路２６は、２行目の駆動信号φＴＧ２を「ロー」にして出力し、２行目の実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌはオン状態となる。このため、埋め込みフォトダイオード６３ＬとＪＦＥＴ５４Ｌのゲートは電気的に接続され、埋め込みフォトダイオード６３Ｌに蓄積されている光電荷は、ＪＦＥＴ５４Ｌのゲートに転送される。ＪＦＥＴ５４Ｌのゲートは、固定パターンノイズと光電荷が重畳されて蓄積される。実効画素６０は垂直信号線４７と接続状態にあるので、その重畳した電荷に対応する画像信号が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に出力される（第二の信号）。
【０１２１】
その後、駆動信号φＴＧ２が「ハイ」となり、転送トランジスタ６２Ｌはオフとされる。その他の行は非選択行である。ロジック回路２６は、他の行（１、３、４行目）に駆動信号φＲＧ１、３、４を「ロー」、駆動信号φＴＧ１、３、４を「ハイ」として出力する。
【０１２２】
ＴＨ２の期間は水平走査期間であり、ＴＨ１の期間と同様に第二の信号から第一の信号を差し引いて固定パターンノイズが差し引かれた真の光電荷に対応する画像信号がアンプ５１を介して外部に出力される。一つの列からノイズ電荷を読み出した後、水平リセットトランジスタ５２がオンとされ、水平信号線５０はリセットされる。
【０１２３】
ＴＡ２の期間において、ロジック回路２６は、駆動信号φＲＧ２を「ロー」にする。これにより、リセットトランジスタ５５Ｌはオン状態となり、ＪＦＥＴ５４Ｌのゲートは基準電位にリセットされる。また、これにより、２行目の画素は、非選択状態になる。
３行目以降においても、２行目と同様な駆動走査にしたがって順次画像信号が読み出される。このようにして、全画素から光電荷又はノイズ電荷に対応する信号が読み出され、一つのフレームの画像情報が得られる。
【０１２４】
以上のように、読み出し回路は、黒レベルが異常であることを示す判定信号を受け取ると、オプチカルブラック画素６１の行が選択されても、これに配置される転送トランジスタ６２Ｄを非動作とさせる駆動信号を出力する。また、読み出し回路は、実効画素６０の行が選択されると、これに配置される転送トランジスタ６２Ｌをオンとさせる駆動信号を出力する。すなわち、読み出し回路は、実効画素６０とオプチカルブラック画素６１とに異なる波形の駆動信号を出力する。
【０１２５】
このように、本実施形態の固体撮像素子４１は、判定信号が「ロー」ならば実効画素６０とオプチカルブラック画素６１のいずれにも同一の波形の駆動信号を、そして判定信号が「ハイ」ならば実効画素６０とオプチカルブラック画素６１に異なる波形の駆動信号を出力する。
【０１２６】
これによって、黒レベルが正常時及び異常時のそれぞれにおいても適宜好ましい補正をすることが可能となる。また、簡単な回路構成であるため、製造コストも低減される。
［第３の実施形態］
図６は、第３の実施形態に係る本発明の固体撮像素子回路図である。本実施形態の固体撮像素子７１が第２の実施形態の固体撮像素子４１と異なる点は、次の通りである。
第２実施形態の固体撮像素子４１のオプチカルブラック領域４３は、横に一行の画素行であったが、本固体撮像素子７１は、図の左右にそれぞれ縦一列の画素列をオプチカルブラック領域７９として配置している。即ち、本固体撮像素子７１は、各行に実効画素６０とオプチカルブラック画素６１が共に配置される共有行を有している。
【０１２７】
黒レベルの情報は、行方向（図の横方向）のみならず、列方向（縦方向）を要求されることもある。このようにすれば、行方向の黒レベルも補正することが可能となる。本実施形態の固体撮像素子７１は、このような要望に適する構成である。
【０１２８】
なお、ここでは、オプチカルブラック領域として左右に一列ずつの画素を配置させているが、これに限らない、左右いずれか一方でも、また、複数の画素列を配置させても構わない。また、ここでは、すべての行を共有行としているが、それに限られるものではない。
【０１２９】
また、本固体撮像素子７１は、信号読み出し回路及び駆動配線の構成が第２実施形態の固体撮像素子４１とは異なっている。信号読み出し回路のうち垂直走査回路から出力される駆動信号は、駆動配線を介して行ごとに画素を駆動させる。即ち、駆動配線は行ごとに画素と接続されており、同一行の画素は同一の駆動信号で駆動される。本固体撮像素子７１は共有行を有している。このため、垂直走査回路から出力する駆動信号のうち転送トランジスタを駆動させる駆動配線は、実効画素６０と接続され実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌを駆動させるための駆動配線７５と、オプチカルブラック画素６１と接続されオプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄを駆動させるための駆動配線７６を有している。
【０１３０】
即ち、本固体撮像素子７１は、各行に２本ずつ転送トランジスタ用の駆動配線７５、７６を有している。そして、オプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄを駆動するための駆動信号φＴＧ（Ｄ）は、判定回路７４を含む専用の垂直走査回路７３から出力される。垂直走査回路７３は図２と同様な構成で良い。また、実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌを駆動するための駆動信号φＴＧ（Ｌ）、およびリセットトランジスタ５５Ｌ、５５Ｄを駆動するための駆動信号φＲＧは、垂直走査回路７２から出力される。
【０１３１】
画素構成などその他の構成は第２の実施形態と同様である。
図７は、黒レベルが正常時における本実施形態に係る固体撮像素子を駆動するためのタイミングチャートであり、図８は、黒レベルが異常時における本実施形態に係る固体撮像素子を駆動するためのタイミングチャートである。まず、黒レベルが正常である場合の動作を図７の図面を引用して説明する。
【０１３２】
ＴＣ１の期間の前において、オプチカルブラック画素６１から出力される黒レベルは正常となっているので、判定信号φＪは「ロー」である。垂直走査回路７３の判定回路７４は、φin1が「ハイ」判定信号φＪは「ロー」であるので１行目のオプチカルブラック画素６１に駆動信号φＴＧ１（Ｄ）を「ハイ」にして出力している。また、このとき、もう一方の垂直走査回路７２は、１行目のリセットトランジスタ５５Ｄの駆動信号φＲＧ１を「ロー」にしている。このため、リセットトランジスタ５５Ｄはオンとなっており、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートは基準電位ＶRDにリセットされている。
【０１３３】
ＴＣ１の期間において、垂直走査回路７２は、駆動信号φＲＧ１を「ハイ」に反転して共有行である１行目の画素６０、６１に駆動配線７７を介して出力する。これにより、リセットトランジスタ５５Ｌ、５５Ｄは、オフとなると同時にＪＦＥＴが動作状態になる。このため、１行目の画素６０、６１から固定パターンノイズに対応するノイズ信号が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に蓄積される（第一の信号）。他の行は非選択状態のままである。
【０１３４】
次いでＴ１の期間において、垂直走査回路７２は、１行目の実効画素６０に駆動信号φＴＧ１（Ｌ）を「ロー」にして出力する。このため、１行目の実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌは、駆動信号φＴＧ２を受け取ってオン状態となり、埋め込みフォトダイオード６３ＬとＪＦＥＴ５４Ｌのゲートは電気的に接続される。
【０１３５】
また、垂直走査回路７３は、１行目の内部信号φin1を「ロー」にして判定回路７４に出力する。判定回路７４は、判定信号φＪが「ロー」、内部信号φin1が「ロー」であるため、１行目のオプチカルブラック画素６１に駆動信号φＴＧ１（Ｄ）を「ロー」にして出力する。このため、１行目のオプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄは、駆動信号φＴＧ１を受け取ってオン状態となり、埋め込みフォトダイオード６３ＤとＪＦＥＴ５４Ｄのゲートは電気的に接続される。そして、埋め込みフォトダイオード６３Ｌ、６３Ｄに蓄積されている光電荷または暗状態のノイズ電荷は、ＪＦＥＴ５４Ｌ、５４Ｄのゲートに転送され、相関二重サンプリング回路に第二の信号が出力される。
【０１３６】
その後、駆動信号φＴＧ１（Ｌ）、φＴＧ１（Ｄ）が「ハイ」となり、転送トランジスタ６２Ｌ、６２Ｄはオフとされる。その他の行は非選択行である。
ＴＨ１の期間は水平走査期間であり、ＴＡ１は行の選択を解除する期間である。垂直走査回路７２、７３が出力する駆動信号φＲＧ１は、第２の実施形態におけるφＲＧ１と同じであり、またφＴＧ１（Ｌ）及びφＴＧ１（Ｄ）は、第２の実施形態におけるφＴＧ１と同じである。
【０１３７】
次いで、同様に次の行を読み出す。このようにして、全画素から光電荷又はノイズ電荷に対応する信号が読み出され、一つのフレームの画像情報が得られる。
以上のように、読み出し回路は、黒レベルが正常であることを示す判定信号を受け取ると、共有行に配置される実効画素６０とオプチカルブラック画素６１に同一の波形の駆動信号φＴＧ（Ｌ）、φＴＧ（Ｄ）を出力する。
【０１３８】
次に、黒レベルが異常である場合の動作を図８の図面を引用して説明する。なお、ここでも、垂直走査回路７４を図２（ａ）の構成にて説明する。
ＴＣ１の期間の前において、オプチカルブラック画素６１から出力される黒レベルは異常となっているので、判定信号φＪは「ハイ」である。垂直走査回路７３の判定回路７４は、φin1が「ハイ」判定信号φＪが「ハイ」であるので１行目のオプチカルブラック画素６１に駆動信号φＴＧ１（Ｄ）を「ハイ」にして出力している。また、このとき、垂直走査回路７２は、１行目のリセットトランジスタ５５Ｄの駆動信号φＲＧ１を「ロー」にしている。このため、リセットトランジスタ５５Ｄはオンとなっており、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートは基準電位ＶRDにリセットされている。
【０１３９】
ＴＣ１の期間において、垂直走査回路７２は、駆動信号φＲＧ１を「ハイ」に反転して共有行である１行目の画素６０、６１に駆動配線７７を介して出力する。これにより、リセットトランジスタ５５Ｌ、５５Ｄは、オフとなると同時にＪＦＥＴが動作状態になる。このため、１行目の画素６０、６１から固定パターンノイズに対応するノイズ信号が垂直信号線４７を介して相関二重サンプリング回路３０に蓄積される（第一の信号）。他の行は非選択状態のままである。
【０１４０】
次いでＴ１の期間において、垂直走査回路７２は、１行目の実効画素６０に駆動信号φＴＧ１（Ｌ）を「ロー」にして出力する。このため、１行目の実効画素６０の転送トランジスタ６２Ｌは、駆動信号φＴＧ２を受け取ってオン状態となり、埋め込みフォトダイオード６３ＬとＪＦＥＴ５４Ｌのゲートは電気的に接続される。そして、埋め込みフォトダイオード６３Ｌに蓄積されている光電荷は、ＪＦＥＴ５４Ｌのゲートに転送され、相関二重サンプリング回路に第二の信号が出力される。その後、駆動信号φＴＧ１（Ｌ）が「ハイ」となり、転送トランジスタ６２Ｌはオフとされる。
【０１４１】
また、垂直走査回路７３は、１行目の内部信号φin1を「ロー」にして判定回路７４に出力する。判定回路７４は、判定信号φＪが「ハイ」、内部信号φin1が「ロー」であるため、１行目のオプチカルブラック画素６１に駆動信号φＴＧ１（Ｄ）を「ハイ」のまま出力する。すなわち、シフトレジスタ２５により選択されているにも関わらず、駆動信号φＴＧ１（Ｄ）は、非選択状態を示す「ハイ」が出力される。このため、１行目のオプチカルブラック画素６１の転送トランジスタ６２Ｄは、オフの状態（非動作の状態）となる。よって、１行目の埋め込みフォトダイオード６３Ｄに蓄積されている暗状態のノイズ電荷は、ＪＦＥＴ５４Ｄのゲートに出力されない。このためオプチカルブラック画素６０からは、暗電流成分を含まないオプチカルブラック画素からの黒レベルの信号が第二の信号として相関二重サンプリング回路に出力される。
【０１４２】
ＴＨ１の期間は水平走査期間であり、ＴＡ１は行の選択を解除する期間である。垂直走査回路７２、７３が出力する駆動信号φＲＧ１は、第２の実施形態におけるφＲＧ１と、φＴＧ１（Ｌ）及びφＴＧ１（Ｄ）は、第２の実施形態におけるφＴＧ１と同じである。
次いで、同様に次の行を読み出す。このようにして、全画素から光電荷又はノイズ電荷に対応する信号が読み出され、一つのフレームの画像情報が得られる。
このように、本実施形態の固体撮像素子７１は、第２の実施形態と同様な効果を有する。また、縦方向の黒レベルを補正することも可能となる。
【０１４３】
［第４の実施形態］
図９は、第４の実施形態に係る電子カメラ８１の構成を示す図である。電子カメラ８１は、撮影レンズ８２、固体撮像素子８３、及び、カメラを動作させための各種電子部品等を有している。撮影レンズ８２の像空間には、固体撮像素子８３の受光面が配置される。固体撮像素子８３は、第１〜３の実施形態で説明した本発明に係る固体撮像素子を使用する。この固体撮像素子８３の出力は、Ａ／Ｄ変換部８５および信号処理部８６を介して、バス８７に信号接続される。
【０１４４】
バス８７には、画像信号等を一時記憶するバッファメモリ８８、画像信号に画像処理を施す画像処理部８９、画像信号をモニタ表示するモニタ表示部９０、画像信号を圧縮記録する記録部９１、およびシステム制御用のマイクロプロセッサ９３も信号接続される。
【０１４５】
マイクロプロセッサ９３は、固体撮像素子８３および信号処理部８６を制御する。マイクロプロセッサ９３には分割測光部９４が信号接続される。例えば一眼レフ式の電子カメラの場合、この分割測光部９４は、ファインダ光学系（例えばペンタプリズム）の近傍に配置され、ファインダ像の分割測光を実行する。また、マイクロプロセッサ９３には操作部９５が信号接続される。この操作部９５は、電子カメラ８１に設けられる各種の操作部材であり、レリーズ釦やエリアセレクタなどに該当する。
【０１４６】
次に、本実施形態の電子カメラ８１の動作を説明する。図１０は、本実施形態の電子カメラ８１の動作を説明する流れ図である。以下、図１０に示すステップ番号に沿って、電子カメラ１１の動作説明を行う。
【０１４７】
ステップＳ１：  マイクロプロセッサ９３は、ユーザーによるシャッタレリーズを待機する。シャッタレリーズに応じて、マイクロプロセッサ９３はステップＳ２に動作を移行する。
【０１４８】
ステップＳ２：  マイクロプロセッサ９３は、分割測光部９４から被写界の分割測光結果を取得する。図１１は、この分割測光部９４の測光エリア９６ａ〜ｆを示す図である。この内、測光エリア９６ａ〜ｅは、固体撮像素子８３における実効画素領域に光学的に対応する測光エリアである。一方、測光エリア９６ｆは、オプチカルブラック領域に光学的に対応する測光エリアである。マイクロプロセッサ９３は、この測光エリア９６ａ〜ｅの測光結果に基づいて公知の露出計算を実行し、露出条件を決定する。
ステップＳ３：  続いて、マイクロプロセッサ９３は、測光エリア９６ｆの測光値を閾値判定する。ここでの閾値は、暗転現象を生起する程度の測光値に予め調整されている。ここで、測光エリア９６ｆの測光値が閾値未満の場合（ＮＯ側）、マイクロプロセッサ９３はステップＳ４に動作を移行する。一方、測光エリア９６ｆの測光値が閾値以上の場合（ＹＥＳ側）、マイクロプロセッサ９３はステップＳ５に動作を移行する。
【０１４９】
ステップＳ４：  測光エリア９６ｆの測光値は閾値未満なので、暗転現象は生じていない。そこで、マイクロプロセッサ９３は、固体撮像素子８３の判定回路に黒レベルが正常であることを示す判定信号を出力する。このような指示動作の後、マイクロプロセッサ２３は、ステップＳ６に動作を移行する。
【０１５０】
ステップＳ５：  一方、ここでは測光エリア９６ｆの測光値が閾値以上なので暗転現象が生ずる可能性が高い。そこで、マイクロプロセッサ９３は、判定回路に黒レベルが異常であることを示す判定信号を出力する。なお、この判定信号は、リセットされるまで継続して出力される。
【０１５１】
ステップＳ６：  マイクロプロセッサ８３は、ステップＳ２で決定した露出条件に従って撮像素子９３を制御し、被写体像の光電変換を実行する。
ステップＳ７：  マイクロプロセッサ９３は、固体撮像素子８３内の読み出し回路を動作させて、実効画素領域の信号（画像信号Ｖ）、オプチカルブラック領域の信号（暗状態のノイズ信号Ｒ）を読み出す。必要に応じて相関二重サンプリングを行っても良い。なお、これらの信号は、Ａ／Ｄ変換部８５および信号処理部８６をリアルタイムまたはパイプライン式に通過する。その際、信号の読み出し順に従って、後述するステップＳ８〜１０の信号処理が逐次に実施される。
【０１５２】
ステップＳ８：  Ａ／Ｄ変換部８５は、同期信号ＳＹの電圧レベル（ＤＣクランプレベル）に基づいて、画像信号Ｖおよび暗状態のノイズ信号Ｒをクランプし、信号伝送中のＤＣ変動をうち消す。Ａ／Ｄ変換部８５は、ＤＣクランプ後の画像信号Ｖおよび暗信号ＲをＡ／Ｄ変換する。
【０１５３】
ステップＳ９：  信号処理部８６は、暗信号Ｒを、所定の処理単位（ここでは水平行の単位）に平均化し、暗状態のノイズ信号の平均値を算出する。
ステップＳ１０：  信号処理部９６は、前記ノイズ信号の平均値を、画像信号Ｖの値から順次減算し、画像信号Ｖの黒レベル補正を実行する。
ステップＳ１１：  黒レベル補正された画像信号は、バス８７を介してバッファメモリ８８に順次記録される。画像処理部８９は、このバッファメモリ８８から画像信号を処理単位ごとに読み出し、色補間処理などの画像処理を施す。
ステップＳ１２：  記録部９１は、画像処理後の画像信号を圧縮符号化して、メモリカード９２に記録する。
【０１５４】
上述した一連の動作により、電子カメラ８１による撮像動作が完了する。なお、次の撮像が開始される前に、電子カメラ８１はリセット状態にされる。即ち、マイクロプロセッサ９３は、判定回路に初期状態の判定信号を出力する。初期状態の判定信号とは、黒レベルが正常であることを示す判定信号である。また、マイクロプロセッサ９３は、固体撮像素子８３の空読み出し動作をさせる。したがって、前回の撮像動作で黒レベルが異常であるためにオプチカルブラック画素に前回のフレームの電荷が残っていても、この空読み出し動作により不要な電荷は除去される。
【０１５５】
このリセットは、画像がメモリカード９２に記録されると自動に行われる。しかし、リセットボタンやレリーズボタンの半押し動作によりリセットが行われても良い。
ここでは、電子カメラ８１が黒レベルの状態を判断している。しかし、それに限らず、ユーザーが判定信号を指示しても良い。この場合、ユーザーは、ステップＳ３において、モニタ表示部９０を観察しながら、暗転現象が生じているか判断する。
そして、ユーザーは、決定した結果を操作部９５を介してマイクロプロセッサ９３に指示する。マイクロプロセッサ９３は、この結果を判定回路に判定信号として出力する。
このように本発明の電子カメラは、簡単な構成で適宜黒レベルの補正を好適にすることが可能となる。このため、製造コストが低減されるという効果もある。
【産業上の利用可能性】
【０１５６】
以上詳述したように、本発明は、固体撮像素子及び電子カメラに適用可能な技術である。
【図面の簡単な説明】
【０１５７】
【図１】第１の実施形態に係る本発明の固体撮像素子回路図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像素子の垂直走査回路の概略構成図である。
【図３】第１の実施形態に係る固体撮像素子を駆動するためのタイミングチャートである。
【図４】第２の実施形態に係る本発明の固体撮像素子回路図である。
【図５】第２の実施形態に係る固体撮像素子を駆動するためのタイミングチャートである。
【図６】第３の実施形態に係る本発明の固体撮像素子回路図である。
【図７】第３の実施形態に係る固体撮像素子を駆動するためのタイミングチャートである。
【図８】第３の実施形態に係る固体撮像素子を駆動するためのタイミングチャートである。
【図９】第４の実施形態に係る電子カメラの構成を示す図である。
【図１０】第４の実施形態に係る電子カメラの動作を説明する流れ図である。
【図１１】分割測光部の測光エリアを示す図である。
【図１２】従来技術を説明する図面であって、（ａ）は従来の固体撮像素子を示す概念図であり、（ｂ）は暗転現象を説明する図である。
【符号の説明】
【０１５８】
１、４１、７１、８３・・・  固体撮像素子
２、４２、７８・・・  実効画素領域
３、４３、７９・・・  オプチカルブラック領域
４、４４・・・  水平走査回路
５、４５、７２、７３・・・  垂直走査回路
６、４６、７４・・・  判定回路
７、４７・・・  垂直信号線
１０、５０・・・  水平信号線
２０、６０・・・  実効画素
２１、６１・・・  オプチカルブラック画素
２２Ｌ、２２Ｄ、６２Ｌ、６２Ｄ・・・  転送トランジスタ
２３Ｌ、２３Ｄ・・・  受光部
２７・・・  アンド回路
５４Ｌ、５４Ｄ・・・  ＪＦＥＴ
６３Ｌ、６３Ｄ・・・  埋め込みフォトダイオード
【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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