(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と、第１感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第１信号を保持するための第１保持部と、前記第１感度と異なる第２感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第２信号を保持するための第２保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するための第３保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、
前記第２保持部から出力された第２出力信号又は前記第１保持部から出力された第１出力信号と、前記第３保持部から出力された第３出力信号と、を用いて前記第１信号を補正する補正部と、
を有する撮像装置であって、
前記補正部は、前記第１出力信号と前記第３出力信号とを用いて前記第１信号を補正し、
前記第１出力信号は、前記第１保持部から前記第１信号が出力された後で前記第３保持部に前記増幅部のオフセット信号が保持される期間に前記第１保持部に保持された信号に基づくものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と、第１感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第１信号を保持するための第１保持部と、前記第１感度と異なる第２感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第２信号を保持するための第２保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するための第３保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、
前記第２保持部から出力された第２出力信号又は前記第１保持部から出力された第１出力信号と、前記第３保持部から出力された第３出力信号と、を用いて前記第１信号を補正する補正部と、
を有する撮像装置であって、
前記補正部は、前記第１出力信号と前記第３出力信号とを用いて前記第１信号を補正し、
前記第１出力信号は、前記第１保持部に前記第１信号が保持される前で前記第３保持部に前記増幅部のオフセット信号が保持される期間に前記第１保持部に保持された信号に基づくものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と、第１感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第１信号を保持するための第１保持部と、前記第１感度と異なる第２感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第２信号を保持するための第２保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するための第３保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、
前記第２保持部から出力された第２出力信号又は前記第１保持部から出力された第１出力信号と、前記第３保持部から出力された第３出力信号と、を用いて前記第１信号を補正する補正部と、
を有する撮像装置であって、
前記補正部は、前記第１出力信号と前記第３出力信号とを用いて前記第１信号を補正し、
前記第１出力信号は、前記第１保持部から前記第１信号が出力された後で前記第３保持部に前記増幅部のオフセット信号が保持される期間に前記第１保持部に保持された信号と、前記第１保持部に前記第１信号が保持される前に前記第３保持部に前記増幅部のオフセット信号が保持される期間に前記第１保持部に保持された信号と、に基づくものであることを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と、第１感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第１信号を保持するための第１保持部と、前記第１感度と異なる第２感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第２信号を保持するための第２保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するための第３保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、
前記第２保持部から出力された第２出力信号又は前記第１保持部から出力された第１出力信号と、前記第３保持部から出力された第３出力信号と、を用いて前記第１信号を補正する補正部と、
を有する撮像装置であって、
前記補正部は、前記第２出力信号と前記第３出力信号とを用いて前記第１信号を補正することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
前記第２出力信号は、前記第１保持部に前記第１信号が保持された後で且つ前記第１保持部から前記第１信号が出力される前で前記第３保持部に前記増幅部のオフセット信号が保持される期間に前記第２保持部に保持された信号に基づくものであ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】
前記画素は、前記変換部及び前記増幅部をリセットするリセット部を更に有し、
前記第２出力信号は、前記リセット部によって前記変換部及び前記増幅部がリセットされる期間に前記第２保持部に保持された信号に基づくものであることを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記画素アレイに配列された複数の前記画素に対して、前記第１保持部へ前記第１信号を保持する動作と、前記第２保持部へ前記第２信号を保持する動作と、前記前記第３保持部へ前記オフセット信号を保持する動作と、を一括で行わせる制御を行う制御部を更に含むことを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記画素は、前記第１保持部から前記第１信号又は前記第１出力信号を出力するための第１出力部と、前記第２保持部から前記第２出力信号を出力するための第２出力部と、前記第３保持部から前記第３出力信号を出力するための第３出力部と、を更に有し、
前記制御部は、前記画素アレイに配列された複数の前記画素から順次に前記第１出力信号を出力して第１画像信号を生成し、前記画素アレイに配列された複数の前記画素から順次に前記第２出力信号を出力して第２画像信号を生成し、前記画素アレイに配列された複数の前記画素から順次に前記第３出力信号を出力して第３画像信号を生成するように、前記第１出力部による出力と前記第２出力部による出力と前記第３出力部による出力とを制御することを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記変換部は、放射線又は光を電荷に変換する変換素子と、付加容量と、前記変換素子の感度を前記第１感度と前記第２感度とで切り換えるために前記変換素子と前記付加容量との間に配置されたトランジスタと、を含み、
前記増幅部は、前記変換素子の電荷を増幅した電圧を出力する第１増幅トランジスタと、前記第１増幅トランジスタの動作状態を制御する第１制御トランジスタと、前記第１増幅トランジスタから出力された電圧を増幅した電圧を出力する第２増幅トランジスタと、前記第１増幅トランジスタと前記第２増幅トランジスタの間で前記第１増幅トランジスタ及び前記第２増幅トランジスタに直列に接続されたクランプ容量と、前記第２増幅トランジスタの動作状態を制御する第２制御トランジスタと、を含み、
前記リセット部は、前記変換素子に所定の電位を供給するための第１リセットトランジスタと、前記クランプ容量と前記第２増幅トランジスタとの間の接続ノードに所定の電位を供給するための第２リセットトランジスタと、含むことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第１リセットトランジスタによる前記変換素子への所定の電位の供給が完了した後に、前記第２リセットトランジスタによる前記接続ノードへの前記所定の電位の供給を完了させることにより、前記クランプ容量に前記第１増幅トランジスタのオフセットが保持させるクランプ動作を行わせ、且つ、前記クランプ動作を前記画素アレイに配列された複数の前記画素に対して一括で行わせる制御を行うことを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記第１保持部は、前記第２増幅トランジスタから出力された電圧を転送する第１転送トランジスタと、前記第１転送トランジスタで転送された電圧を保持するための第１保持容量と、を含み、
前記第２保持部は、前記第２増幅トランジスタから出力された電圧を転送する第２転送トランジスタと、前記第２転送トランジスタで転送された電圧を保持するための第２保持容量と、を含み、
前記第３保持部は、前記第２増幅トランジスタから出力された電圧を転送する第３転送トランジスタと、前記第３転送トランジスタで転送された電圧を保持するための第３保持容量と、を含むことを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記第１出力部は、前記第１保持容量に保持された電圧を増幅した信号を出力する第１信号増幅トランジスタと、前記第１信号増幅トランジスタによって出力された信号を転送することにより前記画素から第１信号又は前記第１出力信号を出力する第１出力スイッチと、を含み、
前記第２出力部は、前記第２保持容量に保持された電圧を増幅した信号を出力する第２信号増幅トランジスタと、前記第２信号増幅トランジスタによって出力された信号を転送することにより前記画素から第２出力信号を出力する第２出力スイッチと、を含み、
前記第３出力部は、前記第３保持容量に保持された電圧を増幅した信号を出力する第３信号増幅トランジスタと、前記第３信号増幅トランジスタによって出力された信号を転送することにより前記画素から第３出力信号を出力する第３出力スイッチと、を含むことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記変換素子は、前記放射線を光に変換する波長変換体と、前記光を前記電荷に変換する光電変換素子と、を含むことを特徴とする請求項９乃至１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と前記増幅部で増幅された信号を保持するための信号保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するためのオフセット保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、前記信号保持部に保持された信号に含まれるノイズ成分と前記オフセット信号に含まれるノイズ成分の差分を低減するための補正を行う補正部と、
を有する撮像装置であって、
前記ノイズ成分の差分は、前記増幅部から前記信号保持部までの距離と前記増幅部から前記オフセット保持部までの距離との相違に起因することを特徴とする撮像装置。
【請求項１５】
前記ノイズ成分の差分は、前記信号保持部の前記増幅部で発生した熱の影響と前記オフセット保持部の前記増幅部で発生した熱の影響との相違に起因することを特徴とする請求項１４に記載の撮像装置。
【請求項１６】
放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と前記増幅部で増幅された信号を保持するための信号保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するためのオフセット保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、前記信号保持部に保持された信号に含まれるノイズ成分と前記オフセット信号に含まれるノイズ成分の差分を低減するための補正を行う補正部と、
を有する撮像装置であって、
前記ノイズ成分の差分は、前記信号保持部の前記増幅部で発生した熱の影響と前記オフセット保持部の前記増幅部で発生した熱の影響との相違に起因することを特徴とする撮像装置。
【請求項１７】
請求項１乃至１６のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置からの信号を処理する処理装置と、
前記撮像装置に向けて放射線を発生する放射線発生装置と、
を備えることを特徴とする放射線撮像システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置及び放射線撮像システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、センサアレイの各画素が、照射された放射線量に応じた信号（以下、信号Ｓと示す）を保持する保持部（サンプルホールド回路）を有する放射線撮像装置が開示されている。特許文献１によると、放射線量に応じた信号Ｓは、各画素において増幅部を介して第１保持部によって個別に保持されるため、１フレームの読出（信号読出）と、次のフレームのための放射線の照射とを同時に行うことができる。また、特許文献１によると、増幅部で発生したオフセット等のノイズ成分に応じた信号（以下、ノイズ信号ＳＮと示す）を保持するための第２保持部を有する。そして、特許文献１によると、第１保持部に保持された信号Ｓからノイズ成分を低減する処理（例えば相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理等）を行うことが可能である。
【０００３】
一方、特許文献２には、各画素において、例えば２つの感度で信号（以下、信号Ｓ１、Ｓ２と示す）をそれぞれ取得し、これらの信号Ｓ１及びＳ２を用いて画像データを生成する撮像装置が開示されている。特許文献２によると、２つの保持部を各画素に設け、各感度で得られた信号Ｓ１及びＳ２を、各保持部でそれぞれ保持して個別に読み出すことが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３４４８０９号公報
【特許文献２】特表２０１１−５２５９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２のいずれも、各画素の信号Ｓからノイズ信号Ｎを十分に低減できない場合があった。特許文献１及び２のいずれも、画素内の構成が複雑で、画素内のレイアウトによっては増幅部で発生した温度の影響が各保持部で異なり、各保持部に保持される信号成分に影響するノイズ成分に相違が生じ得る。ノイズ成分は温度依存性があるため、このような場合には信号Ｓに含まれるノイズ成分とノイズ信号ＳＮに含まれるノイズ成分とで相違が生じ、信号Ｓからノイズ成分を十分に低減できない場合があった。そこで本発明は、撮像装置の各画素で生じたノイズ成分を低減するのに有利な技術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】
本発明の撮像装置は、放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と、第１感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第１信号を保持するための第１保持部と、前記第１感度と異なる第２感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第２信号を保持するための第２保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するための第３保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、前記第２保持部から出力された第２出力信号又は前記第１保持部から出力された第１出力信号と、前記第３保持部から出力された第３出力信号と、を用いて前記第１信号を補正する補正部と、を有し、前記補正部は、前記第１出力信号と前記第３出力信号とを用いて前記第１信号を補正し、前記第１出力信号は、前記第１保持部から前記第１信号が出力された後で前記第３保持部に前記増幅部のオフセット信号が保持される期間に前記第１保持部に保持された信号に基づくものである。また、前記第１出力信号は、前記第１保持部に前記第１信号が保持される前で前記第３保持部に前記増幅部のオフセット信号が保持される期間に前記第１保持部に保持された信号に基づくものである。また、前記第１出力信号は、前記第１保持部から前記第１信号が出力された後で前記第３保持部に前記増幅部のオフセット信号が保持される期間に前記第１保持部に保持された信号と、前記第１保持部に前記第１信号が保持される前に前記第３保持部に前記増幅部のオフセット信号が保持される期間に前記第１保持部に保持された信号と、に基づくものである。また、本発明の撮像装置は、放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と、第１感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第１信号を保持するための第１保持部と、前記第１感度と異なる第２感度の前記変換部で変換された電荷が前記増幅部で増幅された第２信号を保持するための第２保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するための第３保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、前記第２保持部から出力された第２出力信号又は前記第１保持部から出力された第１出力信号と、前記第３保持部から出力された第３出力信号と、を用いて前記第１信号を補正する補正部と、を有し、前記補正部は、前記第２出力信号と前記第３出力信号とを用いて前記第１信号を補正する。また、本発明の撮像装置は、放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と前記増幅部で増幅された信号を保持するための信号保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するためのオフセット保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、前記信号保持部に保持された信号に含まれるノイズ成分と前記オフセット信号に含まれるノイズ成分の差分を低減するための補正を行う補正部と、を有し、前記ノイズ成分の差分は、前記増幅部から前記信号保持部までの距離と前記増幅部から前記オフセット保持部までの距離との相違に起因することを特徴とする。また、本発明の撮像装置は、放射線又は光を電荷に変換する変換部と、前記電荷を増幅するための増幅部と前記増幅部で増幅された信号を保持するための信号保持部と、前記増幅部のオフセット信号を保持するためのオフセット保持部と、を含む画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、前記信号保持部に保持された信号に含まれるノイズ成分と前記オフセット信号に含まれるノイズ成分の差分を低減するための補正を行う補正部と、を有し、前記ノイズ成分の差分は、前記信号保持部の前記増幅部で発生した熱の影響と前記オフセット保持部の前記増幅部で発生した熱の影響との相違に起因することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明より、撮像装置の各画素で生じたノイズ成分を低減するのに有利な技術を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態の撮像装置における一画素の概略等価回路図
【図２】実施形態の撮像装置の画素アレイ及び信号読出部の等価回路図
【図３】実施形態の撮像装置及び放射線撮像システムの模式図
【図４】実施形態の撮像装置を用いたダイナミックレンジ拡張を行う動作モードのタイミングチャート
【図５】実施形態の撮像装置を用いたダイナミックレンジ拡張を行う動作モードのタイミングチャート
【図６】実施形態の撮像装置を用いた実施例１の処理のタイミングチャート
【図７】実施形態の撮像装置を用いた実施例２の処理のタイミングチャート
【図８】実施形態の撮像装置を用いた実施例２の処理のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明を実施するための形態の撮像装置は、画素が２次元状に複数配列された画素アレイと、画素アレイからの信号を補正する補正部と、を有する。複数の画素は夫々、変換部と増幅部と第１保持部と第２保持部と第３保持部と、を含む。変換部は放射線又は光を電荷に変換する部分であり、増幅部は変換部からの電荷を増幅するための部分である。第１保持部は第１感度の変換部で変換された電荷が増幅部で増幅された第１信号を保持するための部分であり、第２保持部は第１感度と異なる第２感度の変換部で変換された電荷が増幅部で増幅された第２信号を保持するための部分である。すなわち、第１保持部と第２保持部は、変換部で変換された電荷が増幅部で増幅された信号を保持するための信号保持部として機能する。また、第３保持部は増幅部のオフセット信号を保持するための部分である。このような構成において、例えば増幅部から第１保持部及び第２保持部までの距離と、増幅部から第３保持部までの距離と、に相違がある場合に、増幅部で発生した熱による温度の影響が第１保持部や第２保持部と第３保持部とでは異なるおそれがある。ノイズ成分は温度依存性があるため、このような場合には、第１保持部や第２保持部で保持されて出力される信号に含まれるノイズ成分と、第３保持部に保持されて出力される信号に含まれるノイズ成分とで相違が生じ得る。そのため、第３保持部に保持されて出力された信号だけに基づいて補正を行った場合には、ノイズの低減が不十分なおそれがあった。そこで、補正部では、信号保持部に保持された信号に含まれるノイズ成分とオフセット保持部に保持された信号に含まれるノイズ成分の差分を低減するための補正を行う。このノイズ成分の差分は、増幅部から信号保持部までの距離と増幅部からオフセット保持部までの距離との相違に起因し、また、信号保持部の増幅部で発生した熱の影響とオフセット保持部の増幅部で発生した熱の影響との相違に起因し得る。具体的には、補正部では、第１保持部に保持された第１信号を補正するために、第３保持部から出力された第３出力信号だけではなく、更に、第２保持部から出力された第２出力信号又は第１保持部から出力された第１出力信号を用いる。このことにより、補正に使用する信号が多くなり、よりノイズ成分の温度依存性を反映した補正を行うことが可能となる。それにより、撮像装置の各画素で生じたノイズ成分を低減するのに有利な技術を提供することが可能となる。
【００１０】
以下に、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態の撮像装置における一画素の概略回路を説明する等価回路図である。画素Ｐは、変換部ＣＰと増幅部ＡＰとリセット部ＲＰと第１保持部ＳＨ１と第２保持部ＳＨ２と第３保持部ＳＨ３と第１出力部ＯＰ１と第２出力部ＯＰ２と第３出力部ＯＰ３とを含み得る。
【００１１】
変換部ＣＰは、フォトダイオードＰＤと、トランジスタＭ１と、フローティングディフュージョン容量ＣＦＤ（以下、ＦＤ容量ＣＦＤ）と、感度切り替え用の付加容量ＣＦＤ’とを有しうる。フォトダイオードＰＤは光電変換素子であり、照射された放射線に応じて波長変換体であるシンチレータで生じた光を電気信号に変換する。すなわち、変換部に含まれる変換素子として、放射線を光に変換する波長変換体と、光を電荷に変換する光電変換素子と、が用いられ得る。ただし、変換素子として、放射線を直接電荷に変換する素子を用いてもよい。具体的には、当該光に応じた量の電荷がフォトダイオードＰＤで発生し、発生した電荷量に応じたＦＤ容量ＣＦＤの電圧が増幅部ＡＰに出力される。また、感度切り替え用の容量ＣＦＤ’は、画素Ｐの放射線に対する感度を切り替えるために用いられ、トランジスタＭ１（スイッチ素子）を介してフォトダイオードＰＤに接続されている。ＷＩＤＥ信号が活性化されることによってトランジスタＭ１が導通状態になり、ＦＤ容量ＣＦＤと容量ＣＦＤ’との合成容量の電圧が増幅部ＡＰに出力される。すなわち、トランジスタＭ１の導通状態を制御することにより、第１感度の変換部ＣＰで変換された電荷に応じた電圧である第１信号と、第１感度と異なる第２感度の変換部で変換された電荷に応じた電圧である第２信号と、が増幅部ＡＰに出力され得る。
【００１２】
増幅部ＡＰは、第１制御トランジスタＭ３と第１増幅トランジスタＭ４とクランプ容量ＣＣＬと第２制御トランジスタＭ６と第２増幅トランジスタＭ７と各定電流源とを有する。第１制御トランジスタＭ３と第１増幅トランジスタＭ４と定電流源（例えばカレントミラー構成のトランジスタ）とは電流経路を形成するように直列に接続されている。第１制御トランジスタＭ３のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮが活性化されることによって、変換部ＣＰからの電圧を受ける第１増幅トランジスタＭ４が動作状態となる。このようにしてソースフォロワ回路が形成され、変換部ＣＰからの電圧を増幅した電圧が第１増幅トランジスタＭ４から出力される。第１増幅トランジスタＭ４から出力された電圧は、クランプ容量ＣＣＬを介して第２増幅トランジスタＭ７に入力される。第２制御トランジスタＭ６と第２増幅トランジスタＭ７と定電流源とは電流経路を形成するように直列に接続されている。第２制御トランジスタＭ６のゲートに入力されるイネーブル信号ＥＮが活性化されることによって、第１増幅トランジスタＭ４からの電圧を受ける第１増幅トランジスタＭ４が動作状態となる。このようにしてソースフォロワ回路が形成され、第１増幅トランジスタＭ４からの電圧を増幅した電圧が第２増幅トランジスタＭ７から出力される。クランプ容量ＣＣＬは第１増幅トランジスタＭ４と第２増幅トランジスタＭ７の間に直列に配置されている。クランプ容量ＣＣＬによるクランプ動作については、後に説明するリセット部ＲＰと併せて説明する。
【００１３】
リセット部ＲＰは、第１リセットトランジスタＭ２と第２リセットトランジスタＭ５とを含む。第１リセットトランジスタＭ２は、ＰＲＥＳ信号が活性化されることによってフォトダイオードＰＤに所定の電位を供給してフォトダイオードＰＤの電荷を初期化し、増幅部ＡＰに出力される電圧をリセットする。第２リセットトランジスタＭ５は、クランプ容量ＣＣＬと第２増幅トランジスタＭ７との間の接続ノードに所定の電位を供給することにより、第２増幅トランジスタＭ７から出力される電圧をリセットする。第１リセットトランジスタＭ２によるリセット時の変換部ＣＰからの電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１に入力される。また、クランプ信号ＰＣＬが活性化されることにより第２リセットトランジスタＭ５が導通状態になり、所定の電位であるクランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの端子ｎ２に入力される。このようにして、クランプ容量ＣＣＬの両端子ｎ１−ｎ２間で生じた電位差をノイズ成分としてクランプし、その後のフォトダイオードＰＤでの電荷の発生および蓄積に伴う電圧の変化分を信号成分として出力する。これがクランプ容量ＣＣＬを用いたクランプ動作であり、クランプ動作により変換部ＣＰで生じるｋＴＣノイズや第１増幅トランジスタＭ４のオフセット等のノイズ成分が抑制される。
【００１４】
第１保持部ＳＨ１は、第１感度の変換部ＣＰで変換された電荷が増幅部ＡＰで増幅された第１信号を保持するための部分であり、第１転送トランジスタＭ８と第１保持容量ＣＳ１とを含むサンプルホールド回路である。具体的には、制御信号ＴＳ１を用いて第１転送トランジスタＭ８の状態（導通状態または非導通状態）を切り替えることにより、第１感度の変換部ＣＰで変換された電荷が増幅部ＡＰで増幅された第１信号を容量ＣＳ１に転送して保持するサンプリングを行う。第１出力部ＯＰ１は、第１信号増幅トランジスタＭ１０と第１出力スイッチＳＷ９とを含む。第１信号増幅トランジスタＭ１０は、第１保持容量ＣＳ１に保持された電圧を増幅した信号を出力するためのトランジスタであり、第１出力スイッチＳＷ９は第１信号増幅トランジスタＭ１０によって出力された信号を転送するスイッチである。具体的には、第１出力スイッチＳＷ９に入力される制御信号ＶＳＲによって第１出力スイッチＳＷ９が導通状態となることにより、後段の定電流源（不図示）と第１信号増幅トランジスタＭ１０とでソースフォロワ回路が形成される。これにより、第１出力部ＯＰ１によって、画素Ｐから第１信号又は第１保持容量ＣＳ１に保持された電圧に基づく第１出力信号が出力され得る。
【００１５】
第２保持部ＳＨ２は、第１感度と異なる第２感度の変換部ＣＰで変換された電荷が増幅部ＡＰで増幅された第２信号を保持するための部分であり、第２転送トランジスタＭ１１と第２保持容量ＣＳ２とを含むサンプルホールド回路である。具体的には、制御信号ＴＳ２を用いて第２転送トランジスタＭ１１の状態（導通状態または非導通状態）を切り替えることにより、第２感度の変換部ＣＰで変換された電荷が増幅部ＡＰで増幅された第２信号を容量ＣＳ２に転送して保持するサンプリングを行う。第２出力部ＯＰ２は、第２信号増幅トランジスタＭ１３と第２出力スイッチＳＷ１２とを含む。第２信号増幅トランジスタＭ１３は、第２保持容量ＣＳ２に保持された電圧を増幅した信号を出力するためのトランジスタであり、第２出力スイッチＳＷ１２は第２信号増幅トランジスタＭ１３によって出力された信号を転送するスイッチである。具体的には、第２出力スイッチＳＷ１２に入力される制御信号ＶＳＲによって第２出力スイッチＳＷ１２が導通状態となることにより、後段の定電流源（不図示）と第２信号増幅トランジスタＭ１３とでソースフォロワ回路が形成される。これにより、第２出力部ＯＰ２によって、画素Ｐから第２信号又は第２保持容量ＣＳ２に保持された電圧に基づく第２出力信号が出力され得る。
【００１６】
第３保持部ＳＨ３は、増幅部ＡＰのオフセット信号を保持するための部分であり、第３転送トランジスタＭ１４と第２保持容量ＣＮとを含むサンプルホールド回路である。具体的には、制御信号ＴＳ３を用いて第３転送トランジスタＭ１４の状態（導通状態または非導通状態）を切り替えることにより、増幅部ＡＰのオフセット信号を容量ＣＮに転送して保持するサンプリングを行う。第３出力部ＯＰ３は、第３信号増幅トランジスタＭ１６と第２出力スイッチＳＷ１５とを含む。第３信号増幅トランジスタＭ１６は、第３保持容量ＣＮに保持された電圧を増幅した信号を出力するためのトランジスタであり、第３出力スイッチＳＷ１５は第３信号増幅トランジスタＭ１６によって出力された信号を転送するスイッチである。具体的には、第３出力スイッチＳＷ１５に入力される制御信号ＶＳＲによって第３出力スイッチＳＷ１５が導通状態となることにより、後段の定電流源（不図示）と第３信号増幅トランジスタＭ１６とでソースフォロワ回路が形成される。これにより、第３出力部ＯＰ３によって、画素Ｐからオフセット信号に基づく第３出力信号が出力され得る。
【００１７】
このような画素が二次元アレイ状に複数配列されて画素アレイ１２０が構成される。そして、画素アレイ１２０からの信号は信号読出部１２０によって読み出される。次に図２（ａ）及び図２（ｂ）を用いて、本実施形態の撮像装置の画素アレイ１２０及び信号読出部２０を説明する。
【００１８】
まず、図２（ａ）を用いて本実施形態の撮像装置の画素アレイ１２０を説明する。図２（ａ）は、本実施形態の撮像装置の画素アレイ１２０の概略構成を説明するための等価回路図である。
【００１９】
画素アレイ１２０は、複数の画素Ｐと、各画素Ｐを駆動するための垂直走査回路４０３と、各画素Ｐから信号読出を行うための水平走査回路４０４と、を備える。垂直走査回路４０３および水平走査回路４０４は、例えばシフトレジスタで構成されており、制御部１０９からの制御信号に基づいて動作する。垂直走査回路４０３は、制御線４０５を介して各画素Ｐに制御信号ＶＳＲを入力し、当該制御信号ＶＳＲに基づいて各画素Ｐを行単位で駆動する。すなわち、垂直走査回路４０３は行選択部として機能し、信号読出を行うべき画素Ｐを行ごとに選択する。また、水平走査回路４０４は列選択部として機能し、制御信号ＨＳＲに基づいて各画素Ｐを列ごとに選択して、当該各画素Ｐからの信号を順に出力させる（水平転送）。ここで、行選択部（垂直走査回路４０４）の動作周波数は、列選択部（水平走査回路４０４）の動作周波数に比べて大きく、即ち、行選択部（垂直走査回路４０４）は列選択部（水平走査回路４０４）に比べて動作が遅い。
【００２０】
また、画素アレイ１２０は、各画素Ｐの容量ＣＳ１に保持された第１信号を読み出すための端子ＥＳ１と、容量ＣＳ２に保持された第２信号を読み出すための端子ＥＳ２と、容量ＣＮに保持された電圧を読み出すための端子ＥＮと、を有する。また、各画素アレイ１２０はセレクト端子ＥＣＳをさらに有し、端子ＥＣＳが受ける信号が活性化されることによって、当該画素アレイ１２０の各画素Ｐの信号が、端子ＥＳ１、ＥＳ２及びＥＮを介して読み出されうる。
【００２１】
具体的には、前述の各画素Ｐの端子Ｓ１、Ｓ２及びＮは、各端子に対応する列信号線４０６〜４０８に接続されている。当該列信号線４０６〜４０８は、水平走査回路４０４からの制御信号に応答して導通状態になるスイッチＳＷＨを介して、アナログ出力線４０９〜４１１に接続されている。当該アナログ出力線４０９〜４１１の信号は、端子ＥＣＳが受ける信号に応答して導通状態になるスイッチＳＷＣＳを介して、端子ＥＳ１、ＥＳ２及びＥＮから出力される。
【００２２】
また、各画素アレイ１２０は、垂直走査回路４０３および水平走査回路４０４を制御するための各制御信号を受ける端子ＨＳＴ、ＣＬＫＨ、ＶＳＴおよびＣＬＫＶをさらに有する。端子ＨＳＴは、水平走査回路４０４に入力されるスタートパルスを受ける。端子ＣＬＫＨは、水平走査回路４０４に入力されるクロック信号を受ける。端子ＶＳＴは、垂直走査回路４０３に入力されるスタートパルスを受ける。端子ＣＬＫＶは、垂直走査回路４０３に入力されるクロック信号を受ける。これらの各制御信号は、後述する制御部１０９から入力される。水平走査回路４０４は入力されたスタートパルスとクロック信号とに基づいて制御信号ＨＳＲを生成して出力し、垂直走査回路４０３は入力されたスタートパルスとクロック信号とに基づいて制御信号ＶＳＲを生成して出力する。これにより、第１信号又は第１出力信号、第２出力信号、及び、第３出力信号が、各画素からＸ−Ｙアドレス方式で順次に読み出される。すなわち、画素アレイ１２０では、各画素Ｐは行単位で制御され、各保持部に保持された信号が列単位で出力され（水平転送が為され）、信号読出が為される。
【００２３】
次に、図２（ｂ）を用いて本実施形態の撮像装置の信号読出部２０を説明する。図２（ｂ）は、本実施形態の撮像装置の信号読出部２０の概略構成を説明するための等価回路図である。
【００２４】
信号読出部２０は、例えば差動アンプ等を含む信号増幅部１０７とＡＤ変換を行うＡＤ変換部１０８とを有しうる。端子ＥＳ１からの信号は、端子ＴＲＯ１からの制御信号に応答して導通状態になるスイッチＭ５０を介して、信号増幅部１０７の反転入力端子に入力される。また、端子ＥＳ２からの信号は、端子ＴＲＯ２からの制御信号に応答して導通状態になるスイッチＭ５１を介して、当該反転入力端子に入力される。スイッチＭ５０及びＭ５１は、端子ＥＳ１及び端子ＥＳ２の一方の信号が当該反転入力端子に入力されるように制御される。なお、スイッチＭ５０及びＭ５１並びに信号増幅部１０７は、信号ＡＤＣＬＫの周期に追従可能な応答特性を有するように設計されればよい。
【００２５】
また、端子ＥＮからの信号は信号増幅部１０７の非反転入力端子に入力される。信号増幅部１０７では、端子ＥＳ１からの信号と端子ＥＮからの信号との差分、又は端子ＥＳ２からの信号と端子ＥＮからの信号との差分が増幅され、当該差分はＡＤ変換部１０８でＡＤＣＬＫ端子を介して入力されるクロック信号に基づいてＡＤ変換される。このような構成により、前述の固定パターンノイズが除去されると共に、画素アレイ１２０の画像データ（デジタルデータ）が得られ、ＡＤＯＵＴ端子を介して後述する制御部１０９に出力される。
【００２６】
以上のような画素アレイ１２０及び信号読出部２０を用いて、本実施形態の撮像装置１００及び放射線撮像システムＳＹＳが構成される。次に、図３を用いて本実施形態の撮像装置１００及び放射線撮像システムＳＹＳを説明する。図３は、本実施形態の撮像装置１００及び放射線撮像システムＳＹＳの概略構成を説明するための模式図である。
【００２７】
放射線撮像システムＳＹＳは、放射線撮像装置１００（以下、撮像装置１００）と、放射線を発生する放射線発生装置１０４と、曝射制御部１０３と、画像処理およびシステム制御を行う処理部１０１と、ディスプレイ等を含む表示部１０２と、を具備する。放射線撮影を行う際には、処理部１０１によって撮像装置１００と曝射制御部１０３とが同期制御されうる。被検者を通過した放射線（Ｘ線、α線、β線、γ線等）は、撮像装置１００によって検知され、処理部１０１等において所定の処理が為された後、当該放射線に基づく画像データが生成される。当該画像データは表示部１０２に放射線画像として表示される。撮像装置１００は、撮像領域１０を有する撮像パネル１０５と、撮像領域１０から信号を読み出す信号読出部２０と、各ユニットを制御する制御部１０９とを備える。
【００２８】
撮像パネル１０５は、複数の画素アレイ１２０が板状の基台の上にタイリング（２次元配列）されて構成され、このような構成により大型の撮像パネル１０５が形成されうる。なお、各画素アレイ１２０には複数の画素Ｐが配列されており、撮像領域１０は、複数の画素アレイ１２０によって行および複数の列を形成するように配列された複数の画素Ｐを含む。また、ここでは、複数の画素アレイ１２０が７列×２行を形成するようにタイリングされた構成が例示されているが、この構成に限られるものではない。
【００２９】
放射線を電荷に変換する場合には、撮像領域１０の上には、例えば、放射線を光に変換する波長変換体としてのシンチレータ（不図示）が設けられうる。各画素Ｐには、光電変換を行う公知の画素が用いられればよい。これにより、照射された放射線量に基づく電気信号が得られる。
【００３０】
制御部１０９は、例えば処理部１０１との間で、制御コマンドの通信を行い、同期信号の通信を行い、また、処理部１０１への画像データの出力を行う。また、制御部１０９は、撮像領域１０ないし各ユニットを制御し、例えば、各画素の駆動制御や動作モード制御を行う。また、制御部１０９は、信号読出部２０のＡＤ変換部１０８によりＡＤ変換された各画素アレイ１２０の画像データ（デジタルデータ）を用いて１つのフレームデータに合成し、処理部１０１に出力する。すなわち、本発明の補正部１１０は、制御部１０９に含まれ得る。補正部１１０については、後程詳細に説明する。
【００３１】
制御部１０９と処理部１０１との間では、各種インターフェースを介して、制御コマンドないし制御信号および画像データの授受が行われる。処理部１０１は、制御用インターフェース１１０を介して、動作モードや各種パラメータなどの設定情報ないし撮影情報を制御部１０９に出力する。また、制御部１０９は、制御用インターフェース１１０を介して、撮像装置１００の動作状態などの装置情報を処理部１０１に出力する。また、制御部１０９は、画像データインターフェース１１１を介して、撮像装置１００で得られた画像データを処理部１０１に出力する。また、制御部１０９は、ＲＥＡＤＹ信号１１２を用いて、撮像装置１００が撮影可能な状態になったことを処理部１０１に通知する。また、処理部１０１は、外部同期信号１１３を用いて、制御部１０９からのＲＥＡＤＹ信号１１２に応答して制御部１０９に、放射線の照射開始（曝射）のタイミングを通知する。また、制御部１０９は、曝射許可信号１１４がイネーブル状態の間に、曝射制御部１０３に制御信号を出力して放射線照射を開始させる。
【００３２】
このような撮像装置１００は、各画素において、例えば２つの感度で信号をそれぞれ取得し、これらの信号を用いて画像データを生成する動作モード（例えば、ダイナミックレンジ拡張を行う動作モード等）を有しうる。この動作モードを達成する１つの方法として、第１感度で得られた第１信号と第２感度で得られた第２信号とを、各画素Ｐの第１保持部ＳＨ１及び第２保持部ＳＨ２でそれぞれ保持して個別に読み出し、読み出された各感度の信号を画素毎に合成する方式がある。以下に、図４及び図５を用いて、本実施形態の撮像装置を用いたダイナミックレンジ拡張を行う動作モードについて、詳細に説明する。図４（ａ）は、本実施形態の撮像装置におけるダイナミックレンジ拡張を行う動作モードの全体シーケンスを説明するための模式的なタイミングチャートである。図４（ｂ）は、図４（ａ）中のリセット駆動ＲＤを説明するための模式的なタイミングチャートであり、図４（ｃ）は、図４（ａ）中のサンプリング駆動ＳＤを説明するための模式的なタイミングチャートである。図５（ａ）は、図４（ａ）中の読出駆動ＲＥＡＤＳ１〜ＲＥＡＤＳＮにおける選択動作を説明するための模式的なタイミングチャートであり、図５（ｂ）は図５（ａ）の一部期間を拡大して説明するための模式的なタイミングチャートである。なお、図４（ａ）〜図５（ｂ）において、先に説明したものと同じものは同一の符号を付与し詳細な説明は省略する。
【００３３】
まず、図５（ａ）に示されるように、時刻ｔ１で動作モード設定および撮影開始設定が為される。その後、時刻ｔ２では撮影のための駆動が開始され、その後、図５（ｂ）の拡大図に例示されるリセット駆動ＲＤと、図５（ｃ）の拡大図に例示されるサンプリング駆動ＳＤとが交互に繰り返される。また、サンプリング駆動ＳＤの後（かつ、その次のリセット駆動ＲＤの前）において、撮像領域１０から信号読出を行う読出駆動ＲＥＡＤＳ１〜ＲＥＡＤＳＮが為される。
【００３４】
リセット駆動ＲＤでは、リセット動作とクランプ動作とを行う。具体的には、図３（ｂ）で示されるように、時刻ｔ２でイネーブル信号ＥＮをＨｉレベルにして、第１制御トランジスタＭ３及び第２制御トランジスタＭ６を導通状態にする。これにより、第１増幅トランジスタＭ４及び第２増幅トランジスタＭ７がソースフォロア動作を行う状態になる。また、時刻ｔ２では、信号ＰＲＥＳをＨｉレベルにして、第１リセットトランジスタＭ２を導通状態にする。これにより、フォトダイオードＰＤは基準電圧ＶＲＥＳに接続され、フォトダイオードＰＤがリセットされる。また、リセット直後のトランジスタＭ４のゲート電圧に応じた電圧が、クランプ容量ＣＣＬの一方の端子ｎ１（トランジスタＭ４側の端子）に入力される。時刻ｔ３では、信号ＰＣＬをＨｉレベルにして、第２リセットトランジスタトランジスタＭ５を導通状態にする。これにより、クランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの他方の端子ｎ２（トランジスタＭ７側の端子）に入力される。時刻ｔ４では、信号ＴＳ１、ＴＳ２およびＴＮをＨｉレベルにして、第１転送トランジスタＭ８、第２転送トランジスタＭ１１および第３転送トランジスタＭ１４を導通状態にする。これにより、容量ＣＳ１、ＣＳ２およびＣＮはいずれも初期状態（第２増幅トランジスタＭ７のゲート電圧が基準電圧ＶＣＬのときの増幅部ＡＰの出力値の電圧）になる。また、時刻ｔ４では、信号ＷＩＤＥをＨｉレベルにして、感度切替え用のトランジスタＭ１を導通状態にする。これにより、容量ＣＦＤ’は基準電圧ＶＲＥＳに接続され、容量ＣＦＤ’の電圧もリセットされる。時刻ｔ５では、信号ＴＳ１、ＴＳ２およびＴＮをＬｏｗレベルにして、第１転送トランジスタＭ８、第２転送トランジスタＭ１１および第３転送トランジスタＭ１４を非導通状態にする。これにより、容量ＣＳ１、ＣＳ２およびＣＮの電圧が固定される。また、時刻ｔ５では、信号ＷＩＤＥをＬｏレベルにして、感度切替え用のトランジスタＭ１を非導通状態にする。これにより、容量ＣＦＤ’は、基準電圧ＶＲＥＳに固定される。次に、時刻ｔ６では、信号ＰＲＥＳをＬｏｗレベルにして、第１リセットトランジスタＭ２を非導通状態にする。これにより、クランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１は、リセット直後の第１増幅トランジスタＭ４のゲート電圧に応じた電圧にセットされる。時刻ｔ７では、信号ＰＣＬをＬｏｗレベルにして、第２リセットトランジスタＭ５を非導通状態にする。これにより、端子ｎ１と端子ｎ２との電位差に応じた電荷がクランプ容量ＣＣＬに保持され、変換部ＣＰのｋＴＣノイズ及び第１増幅トランジスタのオフセット等のノイズ成分がクランプ容量ＣＣＬに保持される。これらによりリセット動作とクランプ動作が完了する。そして、時刻ｔ８では、イネーブル信号ＥＮをＬｏｗレベルにして、第１制御トランジスタＭ３及び第２制御トランジスタＭ６を非導通状態にする。これにより、第１増幅トランジスタＭ４及び第２増幅トランジスタＭ７を非動作状態にする。以上のようにして、リセット駆動ＲＤの一連の動作が終了する。即ち、リセット駆動ＲＤでは、フォトダイオードＰＤをリセットすると共に、変換部ＣＰのｋＴＣノイズや第１増幅トランジスタのオフセットに起因するノイズ成分がクランプ容量ＣＣＬに保持され、また、容量ＣＳ１、ＣＳ２およびＣＮが初期化される。なお、このようなリセット駆動ＲＤは、全ての画素Ｐに対して一括で行われる。即ち、各制御信号ＥＮ、ＰＲＥＳ、ＰＣＬ、ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＮ、ＷＩＤＥは、全ての画素に対して一括に同じタイミングで供給される。
【００３５】
次に、ダイナミックレンジ拡張を行う動作モードにおけるサンプリング駆動ＳＤは、画素Ｐを２つの感度で駆動し、各感度で得られる信号を各容量ＣＳ１およびＣＳ２に保持する動作を行う。具体的には、図５（ｃ）に示される。時刻ｔ１１でイネーブル信号ＥＮをＨｉレベルにして第１制御トランジスタＭ３及び第２制御トランジスタＭ６を導通状態にし、第１増幅トランジスタＭ４及び第２増幅トランジスタＭ７がソースフォロア動作を行う状態になる。なお、時刻ｔ１１では信号ＷＩＤＥはＬｏｗレベルであり、画素Ｐは、第１感度に対応する高感度モードになっている。第１増幅トランジスタＭ４のゲート電圧（即ち、ＦＤ容量ＣＦＤの電圧）は、フォトダイオードＰＤで発生し蓄積された電荷量に応じて変化する。この変化したゲート電圧に応じた電圧がクランプ容量ＣＣＬの一方の端子ｎ１に入力され、端子ｎ１の電位が変化する。クランプ容量ＣＣＬの他方の端子ｎ２の電位変化は、当該端子ｎ１の電位変化にしたがう。ここで、前述のとおり、クランプ容量ＣＣＬにはｋＴＣノイズに相当する電圧が保持されているため、この電位変化の量が信号成分として第２増幅トランジスタＭ７から出力される。時刻ｔ１２では、信号ＴＳ１をＨｉレベルにして第１転送トランジスタＭ８を導通状態にし、即ち、上述の高感度モードにおける増幅部ＡＰの出力についてのサンプリング（転送）を開始する。具体的には、第１保持容量ＣＳ１は、時刻ｔ１１の駆動にしたがう増幅部ＡＰから出力される電圧（第２増幅トランジスタＭ７のゲート電圧に応じた電圧）が転送される。次に、時刻ｔ１３では、時刻ｔ１２でサンプリングを開始したので、曝射許可信号（不図示）をＬｏｗレベル（禁止状態）にする。その後、時刻ｔ１４では、信号ＴＳ１をＬｏｗレベルにして第１転送トランジスタＭ８を非導通状態にし、即ち、増幅部ＡＰから出力された電圧の転送を終了して第１保持容量ＣＳ１に保持する。具体的には、第１保持容量ＣＳ１の電圧が増幅部ＡＰから出力された電圧で固定される。即ち、時刻ｔ１２〜ｔ１４では、第１感度の変換部ＣＰの電荷に基づく第１信号が、第１保持部ＳＨ１の第１保持容量ＣＳ１に保持される。時刻ｔ１５では、信号ＷＩＤＥをＨｉレベルとして、感度切替え用のトランジスタＭ１を導通状態にする。これにより、トランジスタＭ１を介して容量ＣＦＤ’がフォトダイオードＰＤに電気的に接続され、トランジスタＭ４のゲート電圧は、ＦＤ容量ＣＦＤと容量ＣＦＤ’との合成容量の電圧となる。当該合成容量の値は、ＦＤ容量ＣＦＤの値よりも大きいため、第１増幅トランジスタＭ４のゲート電圧が変化しにくくなり、即ち、画素Ｐは、第２感度に対応する低感度モードに切り替わる。一方で、フォトダイオードＰＤの電荷を、さらに読み出すことが可能になる。時刻ｔ１６では、信号ＴＳ２をＨｉレベルにして第２転送トランジスタＭ１１を導通状態にし、即ち、上述の低感度モードにおける増幅部ＡＰの出力についてのサンプリング（転送）を開始する。具体的には、第２保持容量ＣＳ２は、時刻ｔ１５の駆動にしたがう増幅部ＡＰから出力される電圧になる。その後、時刻ｔ１７では、信号ＴＳ２をＬｏｗレベルにして第２転送トランジスタＭ１１を非導通状態にし、即ち、増幅部ＡＰから出力された電圧の転送を終了して第２保持容量ＣＳ２に保持する。具体的には、第２保持容量ＣＳ２の電圧が増幅部ＡＰから出力された電圧で固定される。即ち、時刻ｔ１６〜ｔ１７では、第２感度の変換部ＣＰの電荷に基づく第２信号が、第２保持部ＳＨ２の第２保持容量ＣＳ２に保持される。次に、時刻ｔ１８では、信号ＰＲＥＳをＨｉレベルにして、第１リセットトランジスタＭ２を導通状態にする。これにより、ＦＤ容量ＣＦＤ及び容量ＣＦＤ’の電圧をリセットして基準電圧ＶＲＥＳにし、端子ｎ１の電圧も時刻ｔ３と同じ状態にリセットされる。時刻ｔ１９では、信号ＰＣＬをＨｉレベルにして第２リセットトランジスタＭ５を導通状態にし、クランプ電圧ＶＣＬがクランプ容量ＣＣＬの他方の端子ｎ２（トランジスタＭ７側の端子）に入力される。時刻ｔ２０では、信号ＰＲＥＳ及びＷＩＤＥをＬｏｗレベルにしてトランジスタＭ１及び第１リセットトランジスタＭ２を非導通状態にする。これにより、容量ＣＦＤ’はリセット直後の電圧で固定され、また、クランプ容量ＣＣＬの端子ｎ１は、リセット直後の第１増幅トランジスタＭ４のゲート電圧に応じた電圧にセットされる。時刻ｔ２１では、信号ＴＮをＨｉレベルにして第３転送トランジスタＭ１４を導通状態にする。これにより、第２層複トランジスタＭ７のゲート電圧が基準電圧ＶＣＬのときの増幅部ＡＰから出力される電圧が転送され、第３保持容量ＣＮの電圧になる。時刻ｔ２２では、信号ＴＮをＬｏｗレベルにして第３転送トランジスタＭ１４を非導通状態にする。これにより、第３保持容量ＣＮの電圧が固定される。即ち、時刻ｔ２１〜ｔ２２では、オフセット信号が第３保持容量ＣＮに保持される。このオフセット信号は、増幅部ＡＰの回路構成に依存する熱ノイズ、１／ｆノイズ、温度差、プロセスばらつき等の、第２増幅トランジスタＭ７のオフセットに起因するノイズ成分に相当する電圧に基づく。そして、時刻ｔ２３では信号ＰＣＬをＬｏｗレベルにして第２リセットトランジスタＭ５を非導通状態にし、時刻ｔ２４ではイネーブル信号ＥＮをＬｏｗレベルにして第１制御トランジスタＭ３及び第２制御トランジスタＭ６を非導通状態にする。以上のようにして、サンプリング駆動ＳＤの一連の動作が終了する。即ち、サンプリング駆動ＳＤでは、第１感度の画素Ｐで得られる第１信号が第１保持容量ＣＳ１に、第２感度の画素Ｐで得られる第２信号が第２保持容量ＣＳ２に、増幅部ＡＰのオフセット信号が第３保持容量ＣＮに、それぞれ保持される。なお、サンプリング駆動ＳＤは、前述のリセット駆動ＲＤと同様に、各画素アレイ１２０の制御タイミングのずれを防ぐため、全ての画素Ｐに対して一括で行われる。即ち、各制御信号ＥＮ、ＰＲＥＳ、ＰＣＬ、ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＮ、ＷＩＤＥは、全ての画素に対して一括に同じタイミングで供給される。
【００３６】
このように、各画素Ｐの各保持部に保持された各信号は、複数の画素Ｐが行単位で選択され、選択された行の複数の画素Ｐを列毎に順次選択され、行単位で上記動作を繰り返すことで、全ての画素Ｐからの画像信号が読み出される。これは、図４（ａ）の読出駆動ＲＥＡＤＳ１〜ＲＥＡＤＳＮで示すもので、図５（ａ）及び図５（ｂ）を用いて更に説明する。図５（ａ）及び図５（ｂ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示す制御用の各端子（ＶＳＴ、ＣＬＫＶ、ＴＲＯ１、ＴＲＯ２、ＨＳＴ、ＣＬＫＨおよびＡＤＣＬＫ）に入力される制御信号について、信号読出を行うためのタイミングチャートを例示している。
【００３７】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す例では、第１行目の各画素Ｐから信号を読み出す時刻ｔ２１０〜ｔ２２０の間のうち、前半では各画素Ｐからの第１信号の読み出しを行い、後半では当該各画素Ｐからの第２信号の読み出しを行う。なお、画素アレイ１２０から信号読出を行う際は、当該画素アレイ１２０の端子ＥＣＳにはＨｉレベルが入力され、スイッチＳＷＣＳは導通状態になっている。
【００３８】
具体的には、以下のシーケンスにしたがう。まず、時刻ｔ２００において端子ＶＳＴでスタートパルスを受けた後、時刻ｔ２１０でクロック信号ＣＬＫＶを受けて垂直走査回路４０３が第１行目の制御線４０５を介して第１行目の画素Ｐの各出力部ＯＰ１〜ＯＰ３に制御信号ＶＳＲを出力する。これにより、第１行目の画素Ｐの各出力スイッチＳＷ９、ＳＷ１２、ＳＷ１５が導通状態となり、第１行目の各画素Ｐが選択される。その後、時刻ｔ２１１〜ｔ２１５にわたって信号ＴＲＯ１をＨｉレベルにし、信号ＴＲＯ２をＬｏｗレベルにする。これにより、当該各画素Ｐの第１信号が出力される状態になる。時刻ｔ２１１において端子ＨＳＴでスタートパルスを受けた後、時刻ｔ２１２でクロック信号ＣＬＫＨを受ける。水平走査回路４０４は、クロック信号ＣＬＫＨを受けるたびに、選択している列を、第１列目から第ｎ列目まで順にシフトさせる。各クロック信号ＣＬＫＨの間（例えば、時刻ｔ２１３）では信号ＡＤＣＬＫが入力され、これにより、選択されている列における画素Ｐからの第１信号についてのＡＤ変換が為される。その後、例えば時刻ｔ２１４で、次の列の画素Ｐが選択され、当該画素Ｐについての第１信号の出力およびＡＤ変換が同様にして為される。このようにして、第１信号の読出動作が第１列目から第ｎ列目まで順に列ごとに為される。その後、時刻ｔ２１５では、信号ＴＲＯ１をＬｏｗレベルにし、信号ＴＲＯ２をＨｉレベルにして、第１列目から第ｎ列目まで順に列ごとに、第２信号の読出動作を同様の手順で行う。ここで、制御部１０９に出力されたデジタルデータは、信号読出部２０で読み出された順番で、撮像パネル１０５の行ごとに画像データインターフェース１１１により処理部１０１に送信され、各信号に対応した１フレーム分の画像信号が得られる。以上により、第１感度で取得した信号に基づく画像信号および第２感度で取得した信号に基づく画像信号の両方が読み出される。また、オフセット信号に基づく１フレーム分のオフセット画像信号も読み出される。そして、第１感度で取得した信号に基づく画像信号と第２感度で取得した信号に基づく画像信号とを各画素Ｐに対応させて合成することにより、ダイナミックレンジが拡張された画像信号が得られる。そして、オフセット画像信号を用いて各画素Ｐに対応させてノイズ低減処理がなされる。このノイズ低減処理は合成される前の各画像信号に対して行われてもよいし、合成された後の画像信号に対して行われてもよい。
【００３９】
一方で、実施形態の構成において、ダイナミックレンジ拡張を行わない動作モードの際に、ノイズ成分の温度依存性を反映した補正を行うために、以下の各実施例で説明する処理を行うことが好ましい。
【００４０】
まず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すタイミングチャートを用いて、実施例１に係る撮像装置の制御を説明する。図６（ａ）に示す例では、以下の点で図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すダイナミックレンジ拡張を行う動作モードの駆動と異なる。図６（ａ）に示すサンプリング駆動ＳＤでは、信号ＴＳ１が供給された後で且つ読出駆動ＲＥＡＤＳ１〜ＲＥＡＤＳＮが行われる前の期間で、信号ＴＳ２と信号ＴＮとが略同じタイミングで供給されている。すなわち、第１保持部ＳＨ１に第１信号が保持された後で且つ第１保持部ＳＨ１から第１信号が出力される前で第３保持部ＳＨ３に増幅部ＡＰのオフセット信号が保持される期間に第２保持部ＳＨ２に信号が保持される。この信号は、オフセット信号に増幅部ＡＰに対する第２保持部ＳＨ２と第３保持部ＳＨ３との距離の差に依存する温度依存性を加味したオフセット信号である。このオフセット信号に基づいて、第２出力信号が第２出力部ＯＰ２によって出力される。読出駆動ＲＥＡＤＳ１によって第１信号に基づく画像信号Ｓ１−Ｄ１を読み出し、読出駆動ＲＥＡＤＳ２によって第２出力信号に基づく画像信号Ｓ２−Ｄ１を読出し、読出駆動ＲＥＡＤＳＮによって第３出力信号に基づく画像信号ＳＮ−Ｄ１を読み出す。そして、第１信号に基づく画像信号Ｓ１−Ｄ１を、第２出力信号に基づく画像信号Ｓ２−Ｄ１と第３出力信号に基づく画像信号ＳＮ−Ｄ１とを用いて補正部１１０が補正する。
【００４１】
補正の例としては、補正部１１０は、各画素Ｐが夫々対応するように、画像信号Ｓ１−Ｄ１と画像信号ＳＮ−Ｄ１とを差分処理する第１差分処理を行う。第１差分処理では、増幅部ＡＰに対する第１保持部ＳＨ１と第３保持部ＳＨ３との距離の差に依存するオフセット信号に含まれる温度依存性は十分低減できない。更に、補正部１１０は、画像信号Ｓ２−Ｄ１と画像信号ＳＮ−Ｄ１とを差分処理する第２差分処理を行う。第２差分処理により、第２保持部ＳＨ２と第３保持部ＳＨ３との距離の差に依存するオフセット信号に含まれる温度依存性が算出される。そして、第１差分処理の結果と第２差分処理の結果とを差分処理することにより、画像信号Ｓ１−Ｄ１に含まれる、第１保持部ＳＨ１と第３保持部ＳＨ３との距離の差に依存するオフセット信号に含まれる温度依存性が抑制される。ただし、補正部１１０が行う補正は温度依存性を加味したオフセット信号が画像信号Ｓ１−Ｄ１から差分処理されるものであれば、他の方法を用いてもよい。
【００４２】
ただし、実施例１の処理としては、図６（ａ）のものに限定されるものではない。例えば、図６（ｂ）に示すように、リセット駆動ＲＤにおいて信号ＴＳ２によって第２保持部ＳＨ２に保持された第２信号と、リセット駆動ＲＤにおいて信号ＴＮによって第３保持部ＳＨ３に保持されたオフセット信号と、を用いてもよい。すなわち、第２出力信号は、リセット部ＲＰによって変換部ＣＰ及び増幅部ＡＰがリセットされる期間に第２保持部ＳＨ２に保持された信号に基づく。その場合は、サンプリング駆動ＳＤにおいて、信号ＴＳ２と信号ＴＮは供給されなくてもよい。このような例では、例えば、画像信号Ｓ１−Ｄ１の補正に、画像信号Ｓ２−Ｄ１と画像信号Ｓ２−Ｄ２を加算平均した画像信号と、画像信号ＳＮ−Ｄ１と画像信号ＳＮ−Ｄ２とを加算平均した画像信号と、を用いることにより、好適に温度依存性が抑制され得る。また、一方で、図６（ｃ）に示すように、リセット駆動ＲＤにおいて信号ＴＳ２と信号ＴＮは供給されなくてもよい。この場合、サンプリング駆動ＳＤにおける第２保持部ＳＨ２及び第３保持部ＳＨ３へのオフセット信号の保持によってリセット駆動ＲＤの第２保持部ＳＨ２及び第３保持部ＳＨ３のリセットが代替される。この場合には、図６（ａ）で説明した補正を行なえばよい。
【００４３】
次に、図７（ａ）〜（ｃ）に示すタイミングチャートを用いて、実施例１に係る撮像装置の制御を説明する。図７（ａ）に示す例では、以下の点で図６（ａ）に示す実施例１の駆動と異なる。図７（ａ）に示すシーケンスでは、偶数フレームのサンプリング駆動ＳＤにおいて、信号ＴＳ２で第１信号を第２保持部ＳＨ２に保持し、信号ＴＳ１がと信号ＴＮとが略同じタイミングで供給されている。すなわち、信号ＴＳ１で第１保持部ＳＨ１に保持された、温度依存性が加味されたオフセット信号に基づく第１出力信号を補正に用いる信号としている。そして補正部１１０は、読出駆動ＲＥＡＤＳ１によって読み出された第１信号に基づく画像信号Ｓ１−Ｄ１を、第１出力信号に基づく画像信号Ｓ１−Ｄ２を用いて補正する。すなわち、補正部１１０は、第１出力信号と第３出力信号とを用いて第１信号を補正する。このような補正は、例えば第１保持部ＳＨ１と第２保持部ＳＨ２との間でも、増幅部ＡＰに対する距離及びそれに基づく温度変化の影響に相違がある場合でも、オフセット信号に含まれる温度依存性を抑制できる。
【００４４】
この補正は、例えば３フレーム目の画像信号Ｓ１−Ｄ３に対して、４フレーム目の画像信号Ｓ１−Ｄ４を用いて補正してもよい。そのような場合、第１出力信号に基づく画像信号Ｓ１−Ｄ４は、第１保持部ＳＨ１から第１信号に基づく画像信号Ｓ１−Ｄ３が出力された後で第３保持部ＳＨ３に増幅部ＡＰのオフセット信号が保持される期間に第１保持部ＳＨ１に保持された信号に基づく。
【００４５】
また、この補正は、例えば３フレーム目の画像信号Ｓ１−Ｄ３に対して、２フレーム目の画像信号Ｓ１−Ｄ２を用いて補正してもよい。そのような場合、第１出力信号に基づく画像信号Ｓ１−Ｄ２は、第１保持部ＳＨ１に画像信号Ｓ１−Ｄ３の元となる第１信号が保持される前で第３保持部ＳＨ３に増幅部ＡＰのオフセット信号が保持される期間に第１保持部ＳＨ１に保持された信号に基づく。このような場合、使用する画像信号の元となる信号が保持部に保持されるタイミングは異なるが、例えば３０ｆｐｓや６０ｆｐｓといったフレームレートでは時間的な差は１５〜３０ｍｓと短いため、問題にならない。
【００４６】
更に、この補正は、例えば３フレーム目の画像信号Ｓ１−Ｄ３に対して、２フレーム目の画像信号Ｓ１−Ｄ２と４フレーム目の画像信号Ｓ１−Ｄ４を用いて、例えば加算平均する等して補正してもよい。このような場合、時間的な差異に基づく温度変動分もより好適に抑制できる。なお、オフセット信号は補正対象の画像信号と同じサンプリング動作ＳＤで得られたものを用いることが好ましいが、補正で使用する画像信号にあわせて適宜選択して用いることもできる。
【００４７】
ただし、実施例２の処理としては、図７（ａ）のものに限定されるものではない。例えば、図７（ｂ）に示すように、リセット駆動ＲＤにおいて信号ＴＳ１と信号ＴＳ２と信号ＴＮは供給されなくてもよい。そのような場合、図７（ｃ）に示すように、リセット駆動ＲＤを読出駆動ＲＥＡＤＳ１〜ＲＥＡＤＳＮが行われる期間内に行うことができ、フレームレートを更に高くすることが可能となる。また、図８（ａ）に示すように、リセット駆動ＲＤを省略してもよい。そのような場合、図７（ｃ）に比べても更にフレームレートを高くすることが可能となる。また、図８（ｂ）に示すように、信号ＷＩＤＥを常にＨｉレベルとし、低感度の変換部ＣＰからの信号を用いてもよい。
【００４８】
なお、本発明は、増幅部の熱の信号保持部への影響とオフセット保持部への影響との相違に起因するノイズ成分の差分を低減する補正を行うことができれば、上記実施形態に限定されるものではない。例えば、温度センサ等を用いて各要素の温度を測定し、各要素の温度毎のオフセット成分を予め対応付けてデータとして保存しておき、保存されたデータを利用して各信号に対して補正を行うことも実現可能である。
【００４９】
また、本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、１以上の機能を実現する回路（例えば、ＡＳＩＣ）によっても実現可能である。
【符号の説明】
【００５０】
ＣＰ  変換部
ＡＰ  増幅部
ＳＨ１  第１保持部
ＳＨ２  第２保持部
ＳＨ３  第３保持部
Ｐ  画素
１２０  画素アレイ
１１０  補正部
【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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