(57)【要約】【課題】良好な画像を得るために、所要のオフセット除去を行えるようにすることを課題とする。【解決手段】被写体からの光信号を電気信号に変換する光電変換素子と前記光電変換素子で変換された電気信号を読み出す読出手段とを画像形成領域１１に形成した固体撮像装置において、光電変換素子を形成せずに読出手段を形成してなるオプティカルブラック領域１３を設け、画像形成領域１１から読み出した信号とオプティカルブラック領域１３から読み出した信号とをそれぞれ出力する出力手段を有し、画像形成領域１１は複数領域に分割され、領域ごとに出力手段を複数有しており、各出力手段は画像形成領域１１から読み出した信号とオプティカルブラック領域１３から読み出した信号との差分をとる差分手段を有する。【選択図】図１
2006087146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体からの光信号を電気信号に変換する光電変換素子と前記光電変換素子で変換された電気信号を読み出す読出手段とを画像形成領域に形成した固体撮像装置において、
光電変換素子を形成せずに前記読出手段を形成してなるオプティカルブラック領域を設け、前記画像形成領域から読み出した信号と前記オプティカルブラック領域から読み出した信号とをそれぞれ出力する出力手段を有し、
前記画像形成領域は複数の領域に分割され、当該複数に分割された領域ごとに前記出力手段を有しており、当該各出力手段は前記画像形成領域から読み出した信号と前記オプティカルブラック領域から読み出した信号との差分をとる差分手段を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記光電変換素子と前記読出手段で一つの画素を形成することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記差分手段により、前記画像形成領域から読み出した信号に重畳されているオフセット成分を除去することを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記読出手段は、前記光電変換素子で変換された電気信号を増幅可能なトランジスタであることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項５】
被写体からの光信号を電気信号に変換する光電変換素子と前記光電変換素子で変換された電気信号を読み出す読出手段とを画像形成領域に形成した固体撮像装置において、
前記画像形成領域に形成された前記光電変換素子のＰＮ接合面よりもＰＮ接合面が小さい光電変換素子と読出手段とを形成してなるオプティカルブラック領域を設け、前記画像形成領域から読み出した信号と前記オプティカルブラック領域から読み出した信号とをそれぞれ出力する出力手段を有し、
前記画像形成領域は複数の領域に分割され、当該複数に分割された領域ごとに前記出力手段を有しており、当該各出力手段は前記画像形成領域から読み出した信号と前記オプティカルブラック領域から読み出した信号との差分をとる差分手段を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
前記光電変換素子と前記読出手段で一つの画素を形成することを特徴とする請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記差分手段により、前記画像形成領域から読み出した信号に重畳されているオフセット成分を除去することを特徴とする請求項５または６記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記読出手段は、前記光電変換素子で変換された電気信号を増幅可能なトランジスタであることを特徴とする請求項５から７のいずれか１項記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項記載の固体撮像装置を備えることを特徴とする固体撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及び固体撮像システムに関し、特に、ディジタルスチルカメラなどの固体撮像装置及び固体撮像システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、実際に画像を形成する画素が形成された画像形成領域と、画像形成領域１１の画素からの読出信号に重畳されている固有のオフセット成分を除去するためのオプティカルブラック（ＯＢ）領域とが設けられた固体撮像装置がある。
【０００３】
このような固体撮像装置は、画像形成領域からの読出信号から、ＯＢ領域の読出信号を差分することで、オフセット成分を除去している。
【０００４】
図３は、従来の固体撮像装置の画素基板の模式的な平面図である。画素基板には、画像形成領域１１とＯＢ領域１２’とをそれぞれ形成している。
【０００５】
画像形成領域１１及びＯＢ領域１２’には、それぞれ被写体からの光信号を電荷に変換するフォトダイオードと、フォトダイオードで変換された電荷の読み出しを行う読出手段よりなる画素が形成されている。
【０００６】
また、ＯＢ領域１２’は、画像形成領域１１の大きさの拘わらず、例えば画素に換算して１３行分（１３ｂｉｔ）と５０列分（５０ｂｉｔ）の大きさとされている。
【特許文献１】特開平４−３７１６６号公報
【特許文献２】特開平７−９９３００号公報
【特許文献３】特開平３−２４３０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図４は、図３のＡ−Ａ’における読出信号を示す図である。図４に示すようにＯＢ領域１２’の読出信号のほとんどは５ｍＶ程度の信号である。しかし、所々、この信号が増加している箇所がある。ここでは３箇所ある。最も増加しているところでは５００ｍＶにもなる。このような異常な読出信号は、フォトダイオードの白キズなどが原因となることが多い。
【０００８】
異常な読出信号は、ＯＢ領域１２’の読出信号の平均が増加することになる。ここでは平均が１５ｍＶ程度にもなり、正常な場合の３倍にもなる。このため、異常な読出信号がある行又は列は、所要のオフセット除去ができないことがある。
【０００９】
図５は、図３のＢ−Ｂ’における読出信号を示す図である。図５に示すようにＯＢ領域１２’の読出信号は、所々白キズなどにより増加し、さらに、画像形成領域１１側からの赤外光がフォトダイオードに入射等することによって水平方向の中心付近で増加することがある。
【００１０】
これらの場合には、本来除去すべきオフセットよりも多く差分することになり、その行又は列の画素の出力が低下し、黒線が画像内に引かれたような現象が生じるようになるなどして、良好な画像が得られない。
【００１１】
そこで、本発明は、良好な画像を得るために、所要のオフセット除去を行えるようにすることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するための手段として、被写体からの光信号を電気信号に変換する光電変換素子と前記光電変換素子で変換された電気信号を読み出す読出手段とを画像形成領域に形成した固体撮像装置において、光電変換素子を形成せずに前記読出手段を形成してなるオプティカルブラック領域を設け、前記画像形成領域から読み出した信号と前記オプティカルブラック領域から読み出した信号とをそれぞれ出力する出力手段を有し、前記画像形成領域は複数の領域に分割され、当該複数に分割された領域ごとに前記出力手段を有しており、当該各出力手段は前記画像形成領域から読み出した信号と前記オプティカルブラック領域から読み出した信号との差分をとる差分手段を有することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、被写体からの光信号を電気信号に変換する光電変換素子と前記光電変換素子で変換された電気信号を読み出す読出手段とを画像形成領域に形成した固体撮像装置において、前記画像形成領域に形成された前記光電変換素子のＰＮ接合面よりもＰＮ接合面が小さい光電変換素子と読出手段とを形成してなるオプティカルブラック領域を設け、前記画像形成領域から読み出した信号と前記オプティカルブラック領域から読み出した信号とをそれぞれ出力する出力手段を有し、前記画像形成領域は複数の領域に分割され、当該複数に分割された領域ごとに前記出力手段を有しており、当該各出力手段は前記画像形成領域から読み出した信号と前記オプティカルブラック領域から読み出した信号との差分をとる差分手段を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、画素領域を任意に分割し、多チャンネル出力としているので、チャンネルごとのオフセットのばらつきが画像データにおいて固定パターンのノイズとなるため、大きな画質の改善効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態の固体撮像装置の等価回路図である。
【００１７】
図１において、１１は画像形成領域である。ＯＢ領域は図示を省略しているが、実際には画像形成領域１１の周囲に設けられる。さらに、画像形成領域１１とＯＢ領域との間には、所定のマージンを取るためにダミー画素を設けることも考えられる。
【００１８】
また、２は垂直走査回路ブロック、３は信号読み出し回路、４は水平走査回路ブロックである。
【００１９】
図２は、図１の固体撮像装置の駆動パルスの波形図である。
【００２０】
図１に示すように、２次元配列された光電変換素子であるフォトダイオードＤ１１〜Ｄ４３の各々の信号を読出手段である増幅ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３４３へ転送するスイッチであるＭ１１１〜Ｍ１４３、増幅ＭＯＳトランジスタのゲートをリセットするスイッチＭ２１１〜Ｍ２４３、行の選択を行うスイッチＭ４１１〜Ｍ４４３が接続されている。
【００２１】
転送ＭＯＳトランジスタＭ１１１のゲートは、横方向に延長して配置される第１の行選択線（垂直走査線）ＰＴＸ１〜３に接続され、リセットＭＯＳトランジスタＭ２１１のゲートは第２の行選択線（垂直走査線）ＰＲＥＳ１〜３へ、行出力選択スイッチＭ４１１〜Ｍ４４３ゲートは第３の行選択線（垂直走査線）ＰＳＥＬ１〜３に接続される。
【００２２】
各画素の増幅ＭＯＳトランジスタの出力は列方向に共通となって垂直出力線Ｖ１〜Ｖ４へ接続される。
【００２３】
各垂直出力線には、増幅ＭＯＳトランジスタの負荷ＭＯＳトランジスタＮ８２〜Ｎ８５、容量Ｃ０１〜Ｃ０４が接続され、容量Ｃ０１〜Ｃ０４と転送スイッチＮ１０５〜Ｎ１０８の接続点はスイッチＮ１０１〜Ｎ１０４を介して電源ＶＣ０Ｒに接続される。
【００２４】
水平転送スイッチＮ１０９〜Ｎ１１２のゲートは列選択線Ｈ１〜Ｈ４に接続され、水平走査回路ブロック４に接続される。
【００２５】
また、各列に接続されたスイッチＮ１０１〜Ｎ１０４のゲート及び転送スイッチＭ１０５〜Ｍ１０８のゲートは、信号入力端子ＰＣ０Ｒ及び転送信号入力端子ＰＴにそれぞれ共通に接続され、後述する動作タイミングに基づいてそれぞれ信号電圧が供給される。
【００２６】
以下、図１のＭＯＳトランジスタはＮＭＯＳトランジスタとして説明する。
【００２７】
フォトダイオードＤ１１〜Ｄ４１からの光信号電荷の読み出しに先立って、リセットＭＯＳトランジスタＭ２１１〜Ｍ２４１のゲートＰＲＥＳ１がハイレベルとなる。これによって、増幅ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３４１のゲートがリセット電源にリセットされる。
【００２８】
リセットＭＯＳトランジスタＭ２１１〜Ｍ２４１のゲートＰＲＥＳ１がローレベルに復帰すると同時にスイッチＮ１０１〜Ｎ１０４のゲートＰＣ０Ｒがハイレベルになった後に、選択ＭＯＳトランジスタＭ４１１〜Ｍ４４１のゲートＰＳＥＬ１がハイレベルとなる。
【００２９】
これによって、リセットノイズが重畳されたリセット信号（ノイズ信号）が垂直信号線Ｖ１〜Ｖ４に読み出され容量Ｃ０１〜Ｃ０４にクランプされる。同時に転送スイッチＮ１０５〜Ｎ１０８のゲートＰＴがハイレベルとなり、信号保持容量ＣＴ１〜ＣＴ４が電圧ＶＣ０Ｒにリセットされる。
【００３０】
つぎに、スイッチＮ１０１〜Ｎ１０４のゲートＰＣ０Ｒがローレベルに復帰する。つぎに、転送ＭＯＳトランジスタＭ１１１〜Ｍ１４１のゲートＰＴＸ１がハイレベルとなり、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ４１の光信号電荷が、増幅ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３４１のゲートに転送されると同時に光信号が垂直信号線Ｖ１〜Ｖ４に読み出される。
【００３１】
つぎに、転送ＭＯＳトランジスタＮ１１１〜Ｎ１４１のゲートＰＴＸ１がローレベルに復帰した後、転送スイッチＮ１０５〜Ｎ１０８のゲートＰＴがローレベルとなる。
【００３２】
これによって、リセット信号からの変化分（光信号）が信号保持容量ＣＴ１〜ＣＴ４に読み出される。
【００３３】
ここまでの動作で、第１行目に接続された画素セルの光信号が、それぞれの列に接続された信号保持容量ＣＴ１〜ＣＴ４に保持される。
【００３４】
つぎに、リセットＭＯＳトランジスタＭ２１１〜Ｍ２４１のゲートＰＲＥＳ１及び転送ＭＯＳトランジスタＭ１１１〜Ｍ１４１のゲートＰＴＸ１がハイレベル、となり、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ４１の光信号電荷がリセットされる。
【００３５】
この後、水平走査回路ブロック４からの信号Ｈ１〜Ｈ４によって、各列の水平転送スイッチＮ１０９〜Ｎ１１２のゲートが順次ハイレベルとなり、信号保持容量ＣＴ１〜ＣＴ４に保持されていた電圧が、順次増幅回路６の反転入力端子に読み出され、信号保持容量ＣＴ１〜ＣＴ４と増幅回路のフィードバック容量Ｃｆとで決まるゲインがかかり出力端子ＯＵＴに順次出力される。
【００３６】
各列の信号読み出しの合間でリセットスイッチＮ１１３によって増幅回路のフィードバック容量Ｃｆ及び反転入力端子が水平出力線５のリセット電圧Ｖｒｅｓにリセットされる。
【００３７】
以下同様に、垂直走査回路ブロック２からの信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しが完了する。
【００３８】
なお、本実施形態においては、出力回路は１つであるが、画素領域を任意に分割し、多チャンネル出力とした固体撮像装置にも適用が可能である。多チャンネル出力の場合、チャンネルごとのオフセットのばらつきが画像データにおいて固定パターンのノイズとなるため、特に画質劣化が著しいのに対して、多チャンネル出力の固体撮像装置に本実施形態と同様の手段を適用すれば、特に大きな画質の改善効果が得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態の固体撮像装置の等価回路図である。
【図２】図１の固体撮像装置の駆動パルスの波形図である。
【図３】従来の固体撮像装置の画像形成領域１１とＯＢ領域１２’を示す模式的な平面図である。
【図４】図３のＡ−Ａ’における読出信号を示す図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ’における読出信号を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１１ 画像形成領域  
１２ 第１のオプティカルブラック（ＯＢ）領域
１３ 第２のオプティカルブラック（ＯＢ）領域
１４ 第３のオプティカルブラック（ＯＢ）領域
２０ 光電変換素子（フォトダイオード）形成領域
２１ ＰＮ接合領域
２２ 電荷転送スイッチ（ＳＷ）
２３ 電荷電圧変換部
２４ アンプ用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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