(57)【要約】【課題】差分処理を用いたスミアの低減方法における、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させる。【解決手段】本発明に係る固体撮像装置の駆動方法は、複数の画素毎に、第１フィールドで、入射光から得られるスミアとなる電荷を第１メモリ１１１により保持する第１保持ステップと、第２フィールドで、入射光から得られる信号電荷を第２メモリ１１２により保持する第２保持ステップと、第３フィールドで、入射光から得られるスミアとなる電荷と、第１メモリ１１１により保持されているスミアとなる電荷とを平均化する第１平均化ステップと、前記第２保持手段により保持されている信号電荷から、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算する第１減算ステップとを含む。【選択図】図３
2008034949.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配置された複数の画素を有し、フレーム期間が前記画素の信号電荷を取得するフィールド期間と、スミアとなる電荷を取得するフィールド期間とを含む固体撮像装置の駆動方法であって、
前記複数の画素に含まれる第１画素毎に、フレーム期間の所定のフィールド期間から時間的に等距離に位置する異なる２個のフィールド期間のうちの、時間的に先に登場するフィールド期間である前フィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷を第１保持手段により保持する第１保持ステップと、
前記第１画素毎に、前記所定のフィールド期間で、入射光から得られる信号電荷を第２保持手段により保持する第２保持ステップと、
前記第１画素毎に、前記２個のフィールド期間のうちの、時間的に後に登場するフィールド期間である後フィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第１保持手段により保持されているスミアとなる電荷とを平均化する第１平均化ステップと、
前記第１画素毎に、前記第２保持手段により保持されている信号電荷から、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算する第１減算ステップとを含む
固体撮像装置の駆動方法。
【請求項２】
前記２個のフィールド期間における垂直ＣＣＤの転送速度を、前記所定のフレーム期間の転送速度より速くし、
前記固体撮像装置に駆動方法は、さらに、
前記第１画素毎に、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷にゲイン補正を行うゲイン補正ステップを含み、
前記第１減算ステップでは、前記第１画素毎に、前記第２保持手段により保持されている信号電荷から、前記ゲイン補正ステップにおいてゲイン補正されたスミアとなる電荷を減算する
請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項３】
前記フレーム期間は、時間的に連続する第１フィールド期間と、第２フィールド期間と、第３フィールド期間とで構成されており、
前記所定のフィールド期間は、前記第２フィールド期間であって、
前記第１平均化ステップでは、前記第１画素毎に、前記第１フィールド期間で前記入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第３フィールド期間で前記入射光から得られるスミアとなる電荷とを平均化し、
前記第１減算ステップでは、前記第１画素毎に、前記第２フィールド期間で前記入射光から得られる信号電荷から、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算して、前記フレーム期間の信号電荷を算出する
請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項４】
前記フレーム期間及び前記フレーム期間の直後のフレーム期間である直後フレーム期間は、時間的に連続する第１フィールド期間と、第２フィールド期間とで構成されており、
前記所定のフィールド期間は、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間であって、
前記第１平均化ステップでは、前記第１画素毎に、前記フレーム期間の前記第１フィールド期間で入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記直後フレーム期間の前記第１フィールド期間で入射光から得られるスミアとなる電荷とを平均化し、
前記第１減算ステップでは、前記第１画素毎に、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間で入射光から得られる信号電荷から、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算して、前記フレーム期間の信号電荷を算出する
請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項５】
前記所定のフィールド期間から時間的に等距離に位置する異なる２個のフィールド期間は、前記所定のフィールド期間を挟み、かつ前記所定のフィールド期間に隣接する２個のフィールド期間である
請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項６】
前記複数の画素は、各列に含まれる前記第１画素と、第２画素とを含み、
前記固体撮像装置の駆動方法は、さらに、
前記第２画素毎に、前記所定のフィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷を第３保持手段により保持する第３保持ステップと、
前記第２画素毎に、前記後フィールド期間で、入射光から得られる信号電荷を第４保持手段により保持する第４保持ステップと、
前記第２画素毎に、前記後フィールド期間より後ろのフィールド期間であり、かつ前記後フィールド期間と前記所定のフィールド期間との時間的な距離と等しい位置にあるフィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第３保持手段により保持されているスミアとなる電荷とを平均化する第２平均化ステップと、
前記第２画素毎に、前記第４保持手段により保持されている信号電荷から、前記第２平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算する第２減算ステップとを含む
請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項７】
前記スミアとなる電荷の垂直ＣＣＤの転送に用いられるポテンシャル井戸の垂直転送方向の幅を、前記信号電荷の垂直ＣＣＤの転送に用いられるポテンシャル井戸の垂直転送方向の幅より狭く設定する
請求項６に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項８】
前記第１画素及び前記第２画素は、列方向において交互に配置された画素である
請求項６に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項９】
前記フレーム期間及び前記フレーム期間の直後のフレーム期間である直後フレーム期間は、時間的に連続する第１フィールド期間と、第２フィールド期間とで構成されており、
前記所定のフィールド期間は、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間であって、
前記第１平均化ステップでは、前記第１画素毎に、前記フレーム期間の前記第１フィールド期間で入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記直後フレーム期間の前記第１フィールド期間で入射光から得られるスミアとなる電荷とを平均化し、
前記第１減算ステップでは、前記第１画素毎に、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間で入射光から得られる信号電荷から、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算して、前記フレーム期間の信号電荷を算出し、
前記第２平均化ステップでは、前記第２画素毎に、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間で前記入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記直後フレーム期間の前記第２フィールド期間で前記入射光から得られるスミアとなる電荷とを平均化し、
前記第２減算ステップでは、前記第２画素毎に、前記直後フレーム期間の前記第１フィールド期間で前記入射光から得られる信号電荷から、前記第２平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算して、前記フレーム期間の信号電荷を算出する
請求項６に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１０】
前記入射光から得られるスミアとなる電荷を得る方法は、前記画素から垂直ＣＣＤへの読み出しパルスを印加しないことにより行う
請求項１に記載の固体撮像装置の駆動方法。
【請求項１１】
マトリックス状に配置された複数の画素を有し、フレーム期間が前記画素の信号電荷を取得するフィールド期間と、スミアとなる電荷を取得するフィールド期間とを含む固体撮像装置であって、
前記複数の画素に含まれる第１画素毎に、フレーム期間の所定のフィールド期間から時間的に等距離に位置する異なる２個のフィールド期間のうちの、時間的に先に登場するフィールド期間である前フィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷を保持する第１保持手段と、
前記第１画素毎に、前記所定のフィールド期間で、入射光から得られる信号電荷を保持する第２保持手段と、
前記第１画素毎に、前記２個のフィールド期間のうちの、時間的に後に登場するフィールド期間である後フィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第１保持手段により保持されているスミアとなる電荷とを平均化する平均化手段と、
前記第１画素毎に、前記第２保持手段により保持されている信号電荷から、前記平均化手段により平均化されたスミアとなる電荷を減算する減算手段とを備える
固体撮像装置。
【請求項１２】
前記複数の画素は、各列に含まれる前記第１画素と、第２画素とを含み、
前記固体撮像装置は、さらに、
前記第２画素毎に、前記所定のフィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷を保持する第３保持手段と、
前記第２画素毎に、前記後フィールド期間で、入射光から得られる信号電荷を保持する第４保持手段と、
前記第２画素毎に、前記後フィールド期間より後ろのフィールド期間であり、かつ前記後フィールド期間と前記所定のフィールド期間との時間的な距離と等しい位置にあるフィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第３保持手段により保持されているスミアとなる電荷とを平均化する第２平均化手段と、
前記第２画素毎に、前記第４保持手段により保持されている信号電荷から、前記第２平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算する第２減算手段とを備える
請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記固体撮像装置は、さらに、
所定の列の画素の電荷を第１方向に垂直転送する第１垂直ＣＣＤと、
前記所定の列以外の画素の電荷を前記第１方向と逆の第２方向に垂直転送し、前記第１垂直ＣＣＤと、共通の信号で垂直転送を制御される第２垂直ＣＣＤと、
前記複数の画素がマトリックス状に配置される領域の一方に配置され、前記第１垂直ＣＣＤから転送された電荷を水平転送する第１水平ＣＣＤと、
前記複数の画素がマトリックス状に配置される領域を挟み、前記第１水平ＣＣＤと対向して配置され、前記第２垂直ＣＣＤから転送された電荷を水平転送する第２水平ＣＣＤと、
前記第１水平ＣＣＤから転送された電荷を対応する電圧値に変換し、変換した値を前記第１保持手段、前記第２保持手段、前記第３保持手段、前記第４保持手段、前記第１平均化手段及び前記第２平均化手段に出力する第１出力手段と、
前記第２水平ＣＣＤから転送された電荷を対応する電圧値に変換し、変換した値を前記第１保持手段、前記第２保持手段、前記第３保持手段、前記第４保持手段、前記第１平均化手段及び前記第２平均化手段に出力する第２出力手段とを備え、
前記第１画素及び第２画素は、列方向及び行方向に交互に配置された画素である
請求項１２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、マトリックス状に配置された複数の画素を有する固体撮像装置の駆動方法、及び固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラやデジタルスチルカメラの需要は年々高まる傾向にある。需要の増加につれ、カスタマー層も広がっている。従来からのカスタマー層からはもちろん、新たなカスタマー層からも、ダイナミックレンジの広い画像が要求されている。そのため、カメラに用いられる固体撮像装置、特にＣｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ（ＣＣＤ：電荷結合素子）型固体撮像装置に関して、カスタマーの要求にかなう開発が必要とされている。
【０００３】
一般的なＣＣＤイメージセンサを説明する。図１３は、一般的なＣＣＤイメージセンサの構成を示す図である。ＣＣＤイメージセンサは、マトリックス状に配置された多数のフォトダイオード９０１と、各フォトダイオード９０１とその左側の垂直ＣＣＤ９０３とを接続する転送ゲート９０２と、各フォトダイオード９０１の左側に配置された垂直方向の電荷転送路である垂直ＣＣＤ９０３と、垂直ＣＣＤ９０３の下端に配置された水平方向の電荷転送路である水平ＣＣＤ９０７と、電荷に対応する電圧値をＣＣＤイメージセンサ外部に出力する出力部９０８とを備える。フォトダイオード９０１は入射する光を電荷に変換し、転送ゲート９０２は光電変換された電荷を垂直ＣＣＤ９０３に転送する。垂直ＣＣＤ９０３は転送されてきた電荷を水平ＣＣＤ９０７に転送する。水平ＣＣＤ９０７は垂直ＣＣＤ９０３から転送された電荷を出力部９０８に転送し、出力部９０８は、電荷を電圧に変換し、得られた電圧値をＣＣＤイメージセンサ外部に出力する。
【０００４】
次に、スミアの発生原因を説明する。
図１４は、一般的なＣＣＤ固体撮像装置の画素の断面図である。固体撮像装置では、ｎ型シリコン基板１０と、ｐ--型ウェル領域１１と、ｎ型電荷蓄積領域１２と、ｐ++型領域１３とからフォトダイオード部（光電変換部）４が構成されている。ｎ型埋め込みチャネル領域１４と、その下部に形成されているｐ-型領域１５と、ポリシリコン膜等で形成されているゲート電極１６とから、光電変換された信号電荷を水平ＣＣＤ部に転送するための垂直ＣＣＤ部５が構成されている。
【０００５】
フォトダイオード部４と垂直ＣＣＤ部５との間に転送ゲート部１７が設けられており、フォトダイオード部４を基準にして転送ゲート部１７と反対側の位置にはｐ+型チャネルストップ領域１８が形成されている。転送ゲート部１７とｐ+型チャネルストップ領域１８とはフォトダイオード部４を挟む。ｎ型埋め込みチャネル領域１４、転送ゲート部１７、及びｐ+型チャネルストップ領域１８の上部には、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜との積層構造等から構成されているゲート絶縁膜１９が形成されている。ゲート電極１６の上には層間絶縁膜２０を介してタングステン膜等の遮光膜８が形成されており、フォトダイオード部４の表面には反射防止膜２１が形成されている。
【０００６】
スミアは、電荷の蓄積時において、光電変換された電荷がフォトダイオード部４に蓄積されずに垂直ＣＣＤ部５に流れ込み、偽信号が発生することにより生ずる。これを図１４を用いて説明する。スミアは大きく分けて次の４つの原因により発生すると考えられる。（ｉ）遮光膜８を透過した光が垂直ＣＣＤ部５まで到達し、垂直ＣＣＤ部５の中で光電変換することにより、スミアが発生する。（ii）入射光の一部が遮光膜８とゲート絶縁膜１９との界面から内部に入射し、その後遮光膜８の内部、ゲート絶縁膜１９とゲート電極１６との間、ゲート絶縁膜１９と遮光膜８との間を多重反射しつつ垂直ＣＣＤ部５に伝播する。そして垂直ＣＣＤ部５の内部で光電変換することによって、スミアが発生する。（iii）フォトダイオード部４の外部で光電変換した電荷が拡散し垂直ＣＣＤ部５に到達することにより、スミアが発生する。（iv）フォトダイオード部４の表面のｐ++型領域１３の内部の再結合領域で光電変換した電荷が弱い電界により転送又は拡散することにより移動し、垂直ＣＣＤ部５に到達し偽信号として検出されることによって、スミアが発生する。
【０００７】
スミアは上述した要因により発生すると考えられている。画素の微細化により、スミアに対する対策が常に要求される。これは以下の理由による。画素サイズを単純にシュリンクした場合、図１４に示す転送ゲート部１７の幅、言い換えればフォトダイオード部４と垂直ＣＣＤ部５との間の距離が縮小する。これにより例えば（ii）の光が伝播する距離が狭められるため、途中で吸収される光の量が減少し、光が垂直ＣＣＤ部５に到達しやすくなりスミアの悪化を招く。また（iii）又は（iv）の電荷の拡散距離が短くなるため、電荷が垂直ＣＣＤ部５に到達しやすくなりスミアの悪化を招く。このように、画素を単純に縮小すると、スミアの悪化を招く。
【０００８】
スミアを改善する方法として、通常の信号電荷（信号電荷＋スミア電荷）を読み出すパケットと、スミア電荷のみを読み出すパケットを設け、通常の信号電荷（信号電荷＋スミア電荷）からスミア電荷を差分する方法が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。
【０００９】
特許文献１に記載の技術では、信号電荷及びスミア電荷を読み出す画素と、異なる画素からスミア電荷のみとを読み出し、信号電荷及びスミア電荷と、スミア電荷との差分を算出する方法が用いられている。
【００１０】
特許文献２に記載の技術では、時間的に異なるタイミングで、信号電荷及びスミア電荷と、スミア電荷のみとを読み出し、信号電荷及びスミア電荷と、スミア電荷との差分を算出する方法が用いられている。
【特許文献１】特開２００５−３２８２１２号公報
【特許文献２】特開２００１−１１９６２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、信号電荷及びスミア電荷を読み出す画素と、異なる画素で得られたスミア電荷とを用いて差分処理するため、それが隣の画素であっても現実のスミア電荷とは異なっている。特に、ベイヤー配列等のフィルターが配置されている場合には異なるフィルターから得られるスミアとなる電荷は大きく異なっている。また同じ色のフィルターから取り出す場合には少なくとも一つおきとなり、現実のスミアとなる電荷とはさらに大きな差が生じる。これは静止画、動画とも低照度時の黒沈み等の現象によって表れる。
【００１２】
また、特許文献２に記載の方法では、同じ画素からスミア電荷を取り出すが、信号電荷及びスミア電荷を取り出すタイミングと、スミア電荷のみを取り出すタイミングが時間的に異なっている。これにより、動画の撮像時、時間的なずれにより差分されるスミア電荷は、現実のスミア電荷とは異なっており、スミアとなる電荷量が大きすぎると黒沈み等の現象になって現れる。すなわち、従来の差分処理を用いたスミアの低減方法では、差分処理に用いるスミア電荷は、実効的なスミア電荷とは異なる。
【００１３】
そこで、本発明は、差分処理を用いたスミアの低減方法における、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させる固体撮像装置、及びその駆動方法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】
上記課題を解決し上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、マトリックス状に配置された複数の画素を有し、フレーム期間が前記画素の信号電荷を取得するフィールド期間と、スミアとなる電荷を取得するフィールド期間とを含む固体撮像装置の駆動方法であって、前記複数の画素に含まれる第１画素毎に、フレーム期間の所定のフィールド期間から時間的に等距離に位置する異なる２個のフィールド期間のうちの、時間的に先に登場するフィールド期間である前フィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷を第１保持手段により保持する第１保持ステップと、前記第１画素毎に、前記所定のフィールド期間で、入射光から得られる信号電荷を第２保持手段により保持する第２保持ステップと、前記第１画素毎に、前記２個のフィールド期間のうちの、時間的に後に登場するフィールド期間である後フィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第１保持手段により保持されているスミアとなる電荷とを平均化する第１平均化ステップと、前記第１画素毎に、前記第２保持手段により保持されている信号電荷から、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算する第１減算ステップとを含む。
【００１５】
これによれば、所定のフィールド期間から時間的に等距離にある２個のフィールド期間で得られるスミアとなる電荷（スミア電荷）を平均化する。また、所定のフィールド期間で得られる信号電荷から平均化したスミア電荷を減算することにより、フレーム期間の信号電荷を得る。局所的な短時間ではスミア電荷は直線的に移動する。したがって、所定のフィールド期間から時間的に等距離にある２個のフィールド期間で得られるスミア電荷を平均化した値は、所定のフィールド期間で得られる信号電荷に含まれるスミア電荷とほぼ等しくなる。よって、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させることができる。すなわち、特許文献２に記載の従来の方法と比べ、時間的な差による実効的なスミアとなる電荷との差から生じる黒ひずみの発生を低減させることができる。また、同一の画素から異なるタイミングで、信号電荷及びスミア電荷と、スミア電荷のみを読み出している。よって、特許文献１に記載の従来の方法に比べ、画素の違いによる実効的なスミアとなる電荷との差から生じる黒ひずみの発生を低減させることができる。
【００１６】
また、前記２個のフィールド期間における垂直ＣＣＤの転送速度を、前記所定のフレーム期間の転送速度より速くし、前記固体撮像装置に駆動方法は、さらに、前記第１画素毎に、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷にゲイン補正を行うゲイン補正ステップを含み、前記第１減算ステップでは、前記第１画素毎に、前記第２保持手段により保持されている信号電荷から、前記ゲイン補正ステップにおいてゲイン補正されたスミアとなる電荷を減算してもよい。
【００１７】
これによれば、スミア電荷の垂直ＣＣＤの転送速度を、信号電荷の垂直ＣＣＤの転送速度より速くする。信号電荷の電荷量は、スミア電荷の電荷量に比べて大きい。よって、スミア電荷の垂直ＣＣＤの転送速度を、信号電荷の垂直ＣＣＤの転送速度より速くしても、転送における転送不良は生じない。これにより、全体の電荷の読み出し速度を向上させることができる。また、ゲイン補正ステップで、垂直ＣＣＤの転送速度の比に基づくゲイン補正を行うことで、平均化されたスミア電荷を、所定のフィールド期間で読み出されたスミア電荷と等しくなるように補正するこができる。
【００１８】
また、前記フレーム期間は、時間的に連続する第１フィールド期間と、第２フィールド期間と、第３フィールド期間とで構成されており、前記所定のフィールド期間は、前記第２フィールド期間であって、前記第１平均化ステップでは、前記第１画素毎に、前記第１フィールド期間で前記入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第３フィールド期間で前記入射光から得られるスミアとなる電荷とを平均化し、前記第１減算ステップでは、前記第１画素毎に、前記第２フィールド期間で前記入射光から得られる信号電荷から、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算して、前記フレーム期間の信号電荷を算出してもよい。
【００１９】
これによれば、第１フィールド期間及び第３フィールド期間で得られるスミア電荷を平均化する。また、第２フィールド期間で得られる信号電荷から平均化したスミア電荷を減算することにより、フレーム期間の信号電荷を得る。局所的な短時間ではスミア電荷は直線的に移動する。したがって、第１フィールド期間及び第３フィールド期間で得られるスミア電荷を平均化した値は、第２フィールド期間で得られる信号電荷に含まれるスミア電荷とほぼ等しくなる。よって、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させることができる。
【００２０】
また、前記フレーム期間及び前記フレーム期間の直後のフレーム期間である直後フレーム期間は、時間的に連続する第１フィールド期間と、第２フィールド期間とで構成されており、前記所定のフィールド期間は、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間であって、前記第１平均化ステップでは、前記第１画素毎に、前記フレーム期間の前記第１フィールド期間で入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記直後フレーム期間の前記第１フィールド期間で入射光から得られるスミアとなる電荷とを平均化し、前記第１減算ステップでは、前記第１画素毎に、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間で入射光から得られる信号電荷から、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算して、前記フレーム期間の信号電荷を算出してもよい。
【００２１】
これによれば、所定のフレーム期間の第１フィールド期間及び所定のフレーム期間の直後のフレーム期間である直後フレーム期間の第１フィールド期間で得られるスミア電荷を平均化する。また、所定のフレーム期間の第２フィールド期間で得られる信号電荷から平均化したスミア電荷を減算することにより、所定のフレーム期間の信号電荷を得る。局所的な短時間ではスミア電荷は直線的に移動する。したがって、所定のフレーム期間の第１フィールド期間及び直後フレーム期間の第１フィールド期間で得られるスミア電荷を平均化した値は、所定のフィールド期間の第２フィールド期間で得られる信号電荷に含まれるスミア電荷とほぼ等しくなる。よって、本発明の固体撮像装置の駆動方法は、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させることができる。さらに、１フレーム期間を２フィールド期間で構成することで、通常のフレーム期間方式による動作で上記の効果が得られる。よって、駆動回路の構成が容易である。加えて、各部の動作の高速化も容易である。
【００２２】
また、前記所定のフィールド期間から時間的に等距離に位置する異なる２個のフィールド期間は、前記所定のフィールド期間を挟み、かつ前記所定のフィールド期間に隣接する２個のフィールド期間であってもよい。
【００２３】
これによれば、所定のフィールド期間に隣接する２個のフィールド期間においてスミア電荷が読み出される。よって、動作の制御を容易に行うことができる。
【００２４】
また、前記複数の画素は、各列に含まれる前記第１画素と、第２画素とを含み、前記固体撮像装置の駆動方法は、さらに、前記第２画素毎に、前記所定のフィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷を第３保持手段により保持する第３保持ステップと、前記第２画素毎に、前記後フィールド期間で、入射光から得られる信号電荷を第４保持手段により保持する第４保持ステップと、前記第２画素毎に、前記後フィールド期間より後ろのフィールド期間であり、かつ前記後フィールド期間と前記所定のフィールド期間との時間的な距離と等しい位置にあるフィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第３保持手段により保持されているスミアとなる電荷とを平均化する第２平均化ステップと、前記第２画素毎に、前記第４保持手段により保持されている信号電荷から、前記第２平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算する第２減算ステップとを含んでもよい。
【００２５】
これによれば、所定のフィールド期間で、第１画素のスミア電荷のみを読み出し、第２画素の信号電荷を得る。これにより、垂直ＣＣＤを転送される電荷は、スミア電荷のみのパケットと、信号電荷のパケットとが混在する。よって、例えば、垂直ＣＣＤの信号電荷の転送において、信号電荷の転送に用いる領域を、スミア電荷のみの転送に用いる領域より大きくすることで、垂直ＣＣＤの最大電荷量を拡大させることができ、信号電荷の転送を効率よく行うことができる。
【００２６】
また、前記スミアとなる電荷の垂直ＣＣＤの転送に用いられるポテンシャル井戸の垂直転送方向の幅を、前記信号電荷の垂直ＣＣＤの転送に用いられるポテンシャル井戸の垂直転送方向の幅より狭く設定してもよい。
【００２７】
これによれば、垂直ＣＣＤの信号電荷の転送において、信号電荷の転送に用いる領域（ポテンシャル井戸の垂直方向の幅）を、スミア電荷のみの転送に用いる領域より大きくする。信号電荷の電荷量は、スミア電荷の電荷量に比べて大きい。よって、スミア電荷の垂直ＣＣＤの転送に用いる領域を、信号電荷の垂直ＣＣＤの転送に用いる領域より小さくしても、転送における電荷の劣化等は生じない。これにより、全体の電荷の読み出し速度を向上させることができる。
【００２８】
また、前記第１画素及び前記第２画素は、列方向において交互に配置された画素であってもよい。
【００２９】
これによれば、隣接する画素の一方でスミア電荷のみが読み出され、他方で信号電荷が読み出される。よって、垂直ＣＣＤの転送において、スミア電荷のみのパケットと、信号電荷のパケットとが隣接するので、垂直ＣＣＤの転送の制御を容易に行うことができる。
【００３０】
また、前記フレーム期間及び前記フレーム期間の直後のフレーム期間である直後フレーム期間は、時間的に連続する第１フィールド期間と、第２フィールド期間とで構成されており、前記所定のフィールド期間は、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間であって、前記第１平均化ステップでは、前記第１画素毎に、前記フレーム期間の前記第１フィールド期間で入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記直後フレーム期間の前記第１フィールド期間で入射光から得られるスミアとなる電荷とを平均化し、前記第１減算ステップでは、前記第１画素毎に、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間で入射光から得られる信号電荷から、前記第１平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算して、前記フレーム期間の信号電荷を算出し、前記第２平均化ステップでは、前記第２画素毎に、前記フレーム期間の前記第２フィールド期間で前記入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記直後フレーム期間の前記第２フィールド期間で前記入射光から得られるスミアとなる電荷とを平均化し、前記第２減算ステップでは、前記第２画素毎に、前記直後フレーム期間の前記第１フィールド期間で前記入射光から得られる信号電荷から、前記第２平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算して、前記フレーム期間の信号電荷を算出してもよい。
【００３１】
これによれば、各フレーム期間の第１フィールド期間で、第１画素のスミア電荷のみが読み出され、第２画素の信号電荷が読み出される。また、各フレーム期間の第２フィールド期間で、第１画素の信号電荷が読み出され、第２画素のスミア電荷のみが読み出される。よって、各フィールにおける処理を規則的に行うことができるので、動作の制御を容易に行うことができる。
【００３２】
また、前記入射光から得られるスミアとなる電荷を得る方法は、前記画素から垂直ＣＣＤへの読み出しパルスを印加しないことにより行ってもよい。
【００３３】
これによれば、単純な処理により、スミア電荷を読み出すことができる。
また、本発明の固体撮像装置は、マトリックス状に配置された複数の画素を有し、フレーム期間が前記画素の信号電荷を取得するフィールド期間と、スミアとなる電荷を取得するフィールド期間とを含む固体撮像装置であって、前記複数の画素に含まれる第１画素毎に、フレーム期間の所定のフィールド期間から時間的に等距離に位置する異なる２個のフィールド期間のうちの、時間的に先に登場するフィールド期間である前フィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷を保持する第１保持手段と、前記第１画素毎に、前記所定のフィールド期間で、入射光から得られる信号電荷を保持する第２保持手段と、前記第１画素毎に、前記２個のフィールド期間のうちの、時間的に後に登場するフィールド期間である後フィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第１保持手段により保持されているスミアとなる電荷とを平均化する平均化手段と、前記第１画素毎に、前記第２保持手段により保持されている信号電荷から、前記平均化手段により平均化されたスミアとなる電荷を減算する減算手段とを備える。
【００３４】
この構成によれば、所定のフィールド期間から時間的に等距離にある２個のフィールド期間で得られるスミアとなる電荷（スミア電荷）を平均化する。また、所定のフィールド期間で得られる信号電荷から平均化したスミア電荷を減算することにより、フレーム期間の信号電荷を得る。局所的な短時間ではスミア電荷は直線的に移動する。したがって、所定のフィールド期間から時間的に等距離にある２個のフィールド期間で得られるスミア電荷を平均化した値は、所定のフィールド期間で得られる信号電荷に含まれるスミア電荷とほぼ等しくなる。よって、本発明の固体撮像装置は、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させることができる。
【００３５】
また、本発明の固体撮像装置は、前記複数の画素は、各列に含まれる前記第１画素と、第２画素とを含み、前記固体撮像装置は、さらに、前記第２画素毎に、前記所定のフィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷を保持する第３保持手段と、前記第２画素毎に、前記後フィールド期間で、入射光から得られる信号電荷を保持する第４保持手段と、前記第２画素毎に、前記後フィールド期間より後ろのフィールド期間であり、かつ前記後フィールド期間と前記所定のフィールド期間との時間的な距離と等しい位置にあるフィールド期間で、入射光から得られるスミアとなる電荷と、前記第３保持手段により保持されているスミアとなる電荷とを平均化する第２平均化手段と、前記第２画素毎に、前記第４保持手段により保持されている信号電荷から、前記第２平均化ステップにおいて平均化されたスミアとなる電荷を減算する第２減算手段とを備えてもよい。
【００３６】
この構成によれば、所定のフィールド期間で、第１画素のスミア電荷のみを読み出し、第２画素の信号電荷を得る。これにより、垂直ＣＣＤを転送される電荷は、スミア電荷のみのパケットと、信号電荷のパケットとが混在する。よって、例えば、垂直ＣＣＤの信号電荷の転送において、信号電荷の転送に用いる領域を、スミア電荷のみの転送に用いる領域より大きくすることで、垂直ＣＣＤの最大電荷量を拡大させることができ、信号電荷の転送を効率よく行うことができる。
【００３７】
また、本発明の固体撮像装置は、前記固体撮像装置は、さらに、所定の列の画素の電荷を第１方向に垂直転送する第１垂直ＣＣＤと、前記所定の列以外の画素の電荷を前記第１方向と逆の第２方向に垂直転送し、前記第１垂直ＣＣＤと、共通の信号で垂直転送を制御される第２垂直ＣＣＤと、前記複数の画素がマトリックス状に配置される領域の一方に配置され、前記第１垂直ＣＣＤから転送された電荷を水平転送する第１水平ＣＣＤと、前記複数の画素がマトリックス状に配置される領域を挟み、前記第１水平ＣＣＤと対向して配置され、前記第２垂直ＣＣＤから転送された電荷を水平転送する第２水平ＣＣＤと、前記第１水平ＣＣＤから転送された電荷を対応する電圧値に変換し、変換した値を前記第１保持手段、前記第２保持手段、前記第３保持手段、前記第４保持手段、前記第１平均化手段及び前記第２平均化手段に出力する第１出力手段と、前記第２水平ＣＣＤから転送された電荷を対応する電圧値に変換し、変換した値を前記第１保持手段、前記第２保持手段、前記第３保持手段、前記第４保持手段、前記第１平均化手段及び前記第２平均化手段に出力する第２出力手段とを備え、前記第１画素及び第２画素は、列方向及び行方向に交互に配置された画素であってもよい。
【００３８】
この構成によれば、２つの水平ＣＣＤを備え、高速で読み出しが可能な固体撮像装置において、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させることができる。さらに、例えば、垂直ＣＣＤの信号電荷の転送において、信号電荷の転送に用いる領域を、スミア電荷のみの転送に用いる領域より大きくすることで、信号電荷の転送を効率よく行うことができる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明は、差分処理を用いたスミアの低減方法における、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させる固体撮像装置、及びその駆動方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。
【００４１】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、１フレームを時間的に連続した３つのフィールドから構成し、第１フィールドよび第３フィールドにおいて、スミア電荷のみを取得し、第２フィールドにおいて、信号電荷及びスミア電荷を取得する。さらに、第２フィールドで取得した信号電荷及びスミア電荷から、第１フィールド及び第２フィールドで取得したスミア電荷の平均値を減算することで、スミア電荷の影響を低減した信号電荷を読み出すことができる。
【００４２】
先ず、実施の形態１の固体撮像装置の構成を説明する。
図１は実施の形態１の固体撮像装置の構成図である。実施の形態１の固体撮像装置は、光電変換領域（固体撮像素子）１００と、出力部１０８と、Ａ／Ｄ変換部１０９と、選択部１１０と、第１メモリ１１１と、第２メモリ１１２と、加算部１１３と、平均化部１１４と、ゲイン補正部１１５と、減算部１１６と、制御部１１７と、出力部１１８と、駆動部１１９とを備える。なお、図示しないが、固体撮像装置は電子シャッタも備える。
【００４３】
光電変換領域１００は、入射した光を電荷に変換する機能を有する領域であり、マトリックス状に配置された多数のフォトダイオード１０１と、各フォトダイオード１０１の左側に配置された垂直方向の電荷転送路である垂直ＣＣＤ１０３と、各フォトダイオード１０１とその左側の垂直ＣＣＤ１０３とを接続する第１の転送ゲート１０２と、水平ＣＣＤ１０４とを備える。水平ＣＣＤ１０４は、垂直ＣＣＤ１０３の下端に配置された水平方向の電荷転送路であり、各垂直ＣＣＤ１０３からの電荷を出力部１０８に転送する。
【００４４】
出力部１０８は、水平ＣＣＤ１０４からの電荷を、その電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部１０８からのアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。選択部１１０は、制御部１１７からの指示に従って、Ａ／Ｄ変換部１０９によって変換された値を、第１メモリ１１１と第２メモリ１１２と加算部１１３との何れかに転送させる。第１メモリ１１１及び第２メモリ１１２は、Ａ／Ｄ変換部１０９によって変換された値を保持する。加算部１１３は、選択部１１０からの値と、第１メモリ１１１によって保持されている値とを加算する。平均化部１１４は、加算部１１３によって加算された値を平均化する。例えば、平均化部１１４は、加算部１１３によって加算された値を１／２にする。ゲイン補正部１１５は、平均化部１１４が平均化した値に所定の係数をかけることで、ゲイン補正を行う。減算部１１６は、第２メモリ１１２によって保持されている値から、ゲイン補正部１１５によってゲイン補正された値を減算する。制御部１１７は、光電変換領域１００、出力部１０８、Ａ／Ｄ変換部１０９、選択部１１０、第１メモリ１１１、第２メモリ１１２、加算部１１３、平均化部１１４、ゲイン補正部１１５、減算部１１６、及び出力部１１８の動作を制御する。出力部１１８は、減算部１１６によって得られた値を固体撮像装置外部に出力する。駆動部１１９は、固体撮像装置外部からの駆動信号に基づいて制御部１１７を駆動させる。
【００４５】
次に、実施の形態１の固体撮像装置の動作を説明する。
実施の形態１では、１フレームは時間的に連続した３個のフィールドで構成されている。ここで、フレームとは、入射した光に対応する１つの画像を取得するための期間であり、フィールドとは、１つのフレームに含まれる複数の期間である。また、第１フィールド及び第３フィールドでは、各画素に対して、入射光から得られるスミアとなる電荷であるスミア電荷が取得され、第２フィールドでは、各画素に対して、入射した光に対応する電荷である信号電荷及びスミア電荷が取得される。図２は、一つのフレームを構成する第１フィールド、第２フィールド、及び第３フィールドそれぞれの期間における電子シャッタをも制御するためのＶＳＵＢ電圧及び読み出し電圧のパルス波形を示す。また、第２フィールドの電子シャッタの停止開始時をｔ１、読み出し開始時をｔ２と仮定する。
【００４６】
図２に示すように、第１フィールド及び第３フィールドにおいて、画素１０１から垂直ＣＣＤ１０３への読み出しパルスが印加されない。これにより、入射した光に対応し蓄積された電荷は、転送ゲート１０２を介して垂直ＣＣＤ１０３に転送されない。よって、スミア電荷のみが垂直ＣＣＤ１０３に転送される。また、第２フィールドにおいては、読み出しパルスが印加され、電子シャッタの停止開始時ｔ１から読み出し開始時ｔ２までに蓄積された信号電荷及びスミア電荷が読み出される。
【００４７】
ここで、第１フィールドで読み出されるスミア電荷の電荷量をＮ１とし、第２フィールドで読み出される信号電荷の電荷量をＳ２とし、第２フィールドで読み出されるスミア電荷の電荷量をＮ２とし、第３フィールドで読み出されるスミア電荷の電荷量をＮ３とする。スミア電荷の時間変化は、局所的な短時間では直線的であるので、スミア電荷の電荷量Ｎ１〜Ｎ３に対して以下の関係が成り立つ。
【００４８】
（Ｎ１＋Ｎ３）／２  ≒  Ｎ２  ・・・（式１）
【００４９】
すなわち、第１フィールドで読み出されたスミア電荷Ｎ１と第３フィールドで読み出されたスミア電荷Ｎ２とを平均化した電荷量は、第２フィールドに読み出されたスミア電荷の電荷量Ｎ２にほぼ等しい。
【００５０】
また、第２フィールドで読み出される信号電荷Ｓ２及びスミア電荷Ｎ２に対して（式１）より以下の関係が成り立つ。
【００５１】
Ｓ２  ≒  Ｓ２＋Ｎ２−（Ｎ１＋Ｎ３）／２  ・・・（式２）
【００５２】
すなわち、第２フィールドで読み出した信号Ｓ２＋Ｎ２から第１フィールドで読み出した信号及び第３フィールドで読み出した信号を平均化した値を引くことで、スミア電荷の影響を排除した、信号電荷Ｓ２のみを抽出することができる。
【００５３】
図３は、実施の形態１の固体撮像装置の動作の手順を示すチャートである。
各画素において、第１フィールドで、光電変換領域（固体撮像素子）１００を構成するフォトダイオード１０１において発生した第１のスミア電荷は、垂直ＣＣＤ１０３に転送され、更に水平ＣＣＤ１０４に転送され、その後、出力部１０８に転送される。出力部１０８は、転送されてきたスミア電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部１０８からの値、すなわち、第１フィールドにおけるスミア電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。変換された値（第１のスミア電荷に対応する値）は第１メモリ１１１に蓄積される。
【００５４】
第２フィールドで、光電変換領域（固体撮像素子）１００を構成するフォトダイオード１０１は、時刻ｔ１〜ｔ２の間、入射光量に応じた電荷を蓄積する。蓄積された電荷は第１の転送ゲート１０２により垂直ＣＣＤ１０３に転送され、更に水平ＣＣＤ１０４に転送され、その後、出力部１０８に転送される。出力部１０８は、水平ＣＣＤ１０４からの電荷を、その電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部１０８からの値、すなわち第２フィールドで蓄積された電荷（信号電荷及びスミア電荷）に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。得られたデジタルの値は第２メモリ１１２に蓄積される。
【００５５】
第３フィールドで、光電変換領域（固体撮像素子）１００を構成するフォトダイオード１０１において発生した第２のスミア電荷は、垂直ＣＣＤ１０３に転送され、更に水平ＣＣＤ１０４に転送され、その後、出力部１０８に転送される。出力部１０８は、転送されてきたスミア電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部１０８からの値、すなわち、第３フィールドにおけるスミア電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。加算部１１３は、変換された値、すなわち第３フィールドにおけるスミア電荷に対応する値（第２のスミア電荷に対応する値）と、第１メモリ１１１に蓄積された値（第１のスミア電荷に対応する値）とを加算して第３のスミア電荷に対応する値を算出する。平均化部１１４は、加算部１１３からの、第３のスミア電荷に対応する値を、平均化する。すなわち、平均化部１１４は、第１フィールドで読み出された第１のスミア電荷及び第３フィールドで読み出された第２のスミア電荷の平均値を出力する。ゲイン補正部１１５は、平均化部１１４が出力する値に、所定の係数をかけることで、ゲイン補正を行う。減算部１１６は、第２メモリ１１２に蓄積された第２フィールドで読み出された信号電荷およびスミア電荷に対応する値から、ゲイン補正部１１５が出力する第１フィールド及び第３フィールドで読み出されたスミア電荷の平均値にゲイン補正した値を減算する。出力部１１８は、減算部１１６によって得られた値を固体撮像装置外部に出力する。
【００５６】
上述したように、実施の形態１では、第１フィールドで読み出される第１のスミア電荷と第３フィールドで読み出される第２のスミア電荷との合計のスミア電荷（第３のスミア電荷）を平均化する。第２フィールドで蓄積される信号電荷から平均化した第３のスミア電荷を減算することにより、１フレームの信号電荷を得る。局所的な短時間ではスミア電荷は直線的に移動する。したがって、第１のスミア電荷と第２のスミア電荷とを平均化した値は、第２フィールドで読み出された信号電荷に含まれるスミア電荷とほぼ等しくなる。よって、第２フィールドで蓄積される信号電荷から平均化した第３のスミア電荷を減算することにより、スミア電荷の影響を低減することができる。これにより、特許文献２に記載の従来の方法と比べ、時間的な差による実効的なスミアとなる電荷との差から生じる黒ひずみの発生を低減させることができる。また、本発明の実施の形態１では、同一の画素から異なるタイミングで、信号電荷及びスミア電荷と、スミア電荷のみを読み出している。よって、特許文献１に記載の従来の方法に比べ、画素の違いによる実効的なスミアとなる電荷との差から生じる黒ひずみの発生を低減させることができる。すなわち、本発明の実施の形態１の固体撮像装置は、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させることができる。
【００５７】
また、第１フィールド及び第３フィールドにおける垂直ＣＣＤ１０３の転送スピードを、第２フィールドにおける垂直ＣＣＤ１０３の転送スピードより速くしてもよい。第２フィールドでは、信号電荷及びスミア電荷が転送されるのに対して、第１フィールド及び第３フィールドでは、スミア電荷のみが転送される。すなわち、第２フィールドに転送される電荷量に比べ、第１フィールド及び第３フィールドに転送される電荷量は、少ない。よって、第１フィールド及び第３フィールドの転送スピードを第２フィールドの転送スピードより早くしても、転送不良は生じない。これにより、固体撮像装置の読み出し速度を向上させることができる。また、第１フィールド及び第３フィールドの転送スピードと第２フィールドの転送スピードとを変化させると、第１フィールド及び第３フィールドで読み出されたスミア電荷の平均値と、第２フィールドで読み出されたスミア電荷の値とは転送スピードに比例して異なる値となる。上述したゲイン補正部１１５により、平均化された値を、第１フィールド及び第３フィールドと、第２フィールドの転送スピードとの比に基づく係数をかけることで、ゲイン補正部１１５が出力する値を、第２フィールドで読み出されたスミア電荷と等しくなるように補正するこができる。なお、第１フィールド、第２フィールド及び第３フィールドにおける垂直ＣＣＤ１０３の転送スピードが等しい場合には、ゲイン補正部１１５を設けずに、減算部１１６は、第２メモリ１１２に保持されている値から、平均化部１１２が平均化した値を減算してもよい。
【００５８】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、１フレームを２つのフィールドから構成する実施例について説明する。
【００５９】
なお、実施の形態２の固体撮像装置の構成は、実施の形態１と同様であり、説明は省略する。
【００６０】
以下、実施の形態２の固体撮像装置の動作を説明する。
実施の形態２では、１フレームは２個のフィールドで構成されている。また、第１フィールドにおいて、入射光から得られるスミアとなる電荷であるスミア電荷が読み出され、第２フィールドにおいて、入射した光に対応する電荷である信号電荷及びスミア電荷が読み出される。図４は、一つのフレームを構成する第１フィールド、及び第２フィールドそれぞれにおける電子シャッタをも制御するためのＶＳＵＢ電圧及び読み出し電圧のパルス波形を示す。また、第１フレームの第２フィールドの電子シャッタの停止開始時をｔ３、読み出し開始時をｔ４と仮定する。第１フレームと第２フレームとは連続するフレームであり、第１フレームの方が第２フレームよりも先の時刻に登場するフレームである。
【００６１】
図４に示すように、第１フレーム及び第２フレームの第１フィールドにおいて、画素１０１から垂直ＣＣＤ１０３への読み出しパルスが印加されない。これにより、入射した光に対応し蓄積された電荷は、転送ゲート１０２を介して垂直ＣＣＤ１０３に転送されない。よって、スミア電荷のみが読み出される垂直ＣＣＤ１０３に読み出される。また、第１フレームの第２フィールドにおいては、読み出しパルスが印加され、電子シャッタの停止開始時ｔ３から読み出し開始時ｔ４までに蓄積された信号電荷及びスミア電荷が読み出される。
【００６２】
ここで、第１フレームの第１フィールドで読み出されるスミア電荷の電荷量をＮ１１とし、第１フレームの第２フィールドで読み出される信号電荷の電荷量をＳ１２とし、第１フレームの第２フィールドで読み出されるスミア電荷の電荷量をＮ１２とし、第２フレームの第１フィールドで読み出されるスミア電荷の電荷量をＮ２１とする。局所的な短時間ではスミア電荷は直線的に移動するので、スミア電荷の電荷量Ｎ１１、Ｎ１２、Ｎ２１に対して以下の関係が成り立つ。
【００６３】
（Ｎ１１＋Ｎ２１）／２  ≒  Ｎ１２  ・・・（式３）
【００６４】
すなわち、第１フレームの第１フィールドで読み出されたスミア電荷Ｎ１１と第２フレームの第１フィールドで読み出されたスミア電荷Ｎ２１とを平均化した電荷量は、第１フレームの第２フィールドに読み出されたスミア電荷の電荷量Ｎ１２にほぼ等しい。
【００６５】
また、第２フィールドで読み出される信号電荷Ｎ１２及びスミア電荷Ｎ１２に対して（式３）より以下の関係が成り立つ。
【００６６】
Ｓ１２  ≒  Ｓ１２＋Ｎ１２−（Ｎ１１＋Ｎ２１）／２  ・・・（式４）
【００６７】
すなわち、第１フレームの第２フィールドで読み出した信号Ｓ１２＋Ｎ１２から第１フレームの第１フィールドで読み出した信号及び第２フレームの第２フィールドで読み出した信号を平均化した値を引くことで、スミア電荷の影響を排除した、信号電荷のみを抽出することができる。
【００６８】
図５は、実施の形態２の固体撮像装置の動作の手順を示すチャートである。
各画素において、第１フレームの第１フィールドで、固体撮像素子１００は、第１のスミア電荷を読み出し、出力部１０８に転送する。出力部１０８は、転送されてきたスミア電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部１０８からの値、すなわち、第１フレームの第１フィールドにおけるスミア電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。変換された値（第１のスミア電荷に対応する値）は第１メモリ１１１に蓄積される。
【００６９】
第１フレームの第２フィールドで、固体撮像素子１００は、時刻ｔ３〜ｔ４の間、入射光量に応じた電荷を蓄積し、水平ＣＣＤ１０４は固体撮像素子１００が蓄積した電荷を出力部１０８に転送する。出力部１０８は、転送されてきた電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部１０８からの値、すなわち、第１フレームの第２フィールドで蓄積された電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。変換された値は第２メモリ１１２に蓄積される。
【００７０】
第２フレームの第１フィールドで、固体撮像素子１００は、第２スミア電荷を読み出し、出力部１０８に転送する。出力部１０８は、転送されてきたスミア電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部１０８からの値、すなわち、第２フレームの第１フィールドにおけるスミア電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。加算部１１３は、変換された値、すなわち第２フレームの第１フィールドにおけるスミア電荷に対応する値（第２のスミア電荷に対応する値）と、第１メモリ１１１に蓄積された値（第１のスミア電荷に対応する値）とを加算して第３のスミア電荷に対応する値を算出する。平均化部１１４は、加算部１１３からの、第３のスミア電荷に対応する値を、平均化する。すなわち、平均化部１１４は、第１フレームの第１フィールドで読み出された第１のスミア電荷及び第２フレームの第１フィールドで読み出された第２のスミア電荷の平均値を出力する。ゲイン補正部１１５は、平均化部１１４が出力する値に、所定の係数をかけることで、ゲイン補正を行う。減算部１１６は、第２メモリ１１２に蓄積された第１フレームの第２フィールドで読み出された信号電荷及びスミア電荷に対応する値から、ゲイン補正部１１５が出力する第１フレーム及び第２フレームの第１フィールドで読み出されたスミア電荷の平均値をゲイン補正した値を減算する。出力部１１８は、減算部１１６によって得られた値を固体撮像装置外部に出力する。
【００７１】
上述したように、実施の形態２では、第１フレームの第１フィールドで読み出される第１のスミア電荷と第２フレームの第１フィールドで読み出される第２のスミア電荷との合計のスミア電荷（第３のスミア電荷）を平均化する。第１フレームの第２フィールドで蓄積される信号電荷から、平均化した第３のスミア電荷を減算することにより、１フレームの信号電荷を得る。局所的な短時間ではスミア電荷は直線的に移動する。したがって、第１のスミア電荷と第２のスミア電荷とを平均化した値は、第１フレームの第２フィールドで読み出された信号電荷に含まれるスミア電荷とほぼ等しくなる。よって、第２フィールドで蓄積される信号電荷から、平均化した第３のスミア電荷を減算することにより、スミア電荷の影響を低減することができる。これにより、特許文献２に記載の従来の方法と比べ、時間的な差による実効的なスミアとなる電荷との差から生じる黒ひずみの発生を低減させることができる。また、本発明の実施の形態１では、同一の画素から異なるタイミングで、信号電荷及びスミア電荷と、スミア電荷のみを読み出している。よって、特許文献１に記載の従来の方法に比べ、画素の違いによる実効的なスミアとなる電荷との差から生じる黒ひずみの発生を低減させることができる。
【００７２】
更に、実施の形態１と比較した場合、特殊な第３フィールドを必要としない、通常のフレーム方式による動作で上記の効果が得られるので、駆動回路の構成が容易である。加えて、実施の形態１と比較した場合、１フレームが２フィールドで構成されているので、各部の動作の高速化も容易である。
【００７３】
（実施の形態３）
実施の形態１及び実施の形態２では、各フィールドにおいて、同時に全ての画素に対して、スミア電荷のみ、又は信号電荷とスミア電荷とを読み出す場合について説明した。実施の形態３では、各フィールドにおいて、所定の画素に対しては、スミア電荷のみを読み出し、他の画素に対しては、信号電荷及びスミア電荷を読み出す固体撮像装置について説明する。
【００７４】
図６は、実施の形態４の固体撮像装置の構成図である。実施の形態３の固体撮像装置は、光電変換領域（固体撮像素子）２００と、出力部２０８及び２０９と、Ａ／Ｄ変換部１０９と、選択部１１０と、第１メモリ１１１と、第２メモリ１１２と、加算部１１３と、平均化部１１４と、ゲイン補正部１１５と、減算部１１６と、制御部１１７と、出力部１１８と、駆動部１１９とを備える。なお、図示しないが、固体撮像装置は電子シャッタも備える。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。
【００７５】
光電変換領域２００は、入射した光を電荷に変換する機能を有する領域であり、マトリックス状に配置された多数のフォトダイオード２０１と、各フォトダイオード２０１の左側に配置された垂直方向の電荷転送路である垂直ＣＣＤ２０３と、各フォトダイオード２０１とその左側の垂直ＣＣＤ２０３とを接続する第１の転送ゲート２０２と、第１の水平ＣＣＤ２０４と、第２の水平ＣＣＤ２０５とを備える。偶数列（図６における左端の列を０列とした場合の偶数列）の垂直ＣＣＤ２０３は、偶数列のフォトダイオード２０１のからの電荷を下方向に垂直転送する。奇数列（図６における左端の列を０列とした場合の奇数列）の垂直ＣＣＤ２０３は、奇数列のフォトダイオード２０１のからの電荷を上方向に垂直転送する。第１の水平ＣＣＤ２０４は、垂直ＣＣＤ２０３の下端に配置された水平方向の電荷転送路であり、偶数列の垂直ＣＣＤ２０３からの電荷を出力部２０８に水平転送する。第２の水平ＣＣＤ２０５は、垂直ＣＣＤ２０３の上端に配置された水平方向の電荷転送路であり、奇数列の垂直ＣＣＤ２０３からの電荷を出力部２０９に水平転送する。
【００７６】
出力部２０８は、水平ＣＣＤ２０４からの電荷を、その電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。出力部２０９は、水平ＣＣＤ２０５からの電荷を、その電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。
【００７７】
次に、実施の形態３の固体撮像装置の動作を説明する。
実施の形態３では、実施の形態２と同様に、１フレームは２個のフィールドで構成されている。さらに、実施の形態３では、複数のフォトダイオード２０１に含まれる第１の画素に対しては、第１フィールドにおいて、スミアとなる電荷であるスミア電荷が読み出され、第２フィールドにおいて、入射した光に対応する電荷である信号電荷及びスミア電荷が読み出される。複数のフォトダイオード２０１に含まれる第１の画素以外の第２の画素に対しては、第１フィールドにおいて、入射した光に対応する電荷である信号電荷及びスミア電荷が読み出され、第２フィールドにおいて、スミアとなる電荷であるスミア電荷が読み出される。
【００７８】
また、各第１の画素に対しては、第１フィールドにおいて、読み出しパルスが印加されない。これにより、入射した光に対応し蓄積された電荷は、転送ゲート２０２を介して垂直ＣＣＤ２０３に転送されない。よって、スミア電荷のみが読み出される垂直ＣＣＤ２０３に読み出される。また、各第１の画素に対して、第２フィールドにおいて、読み出しパルスが印加され、電子シャッタの停止開始時から読み出し開始時までに蓄積された信号電荷及びスミア電荷が読み出される。各第２の画素に対しては、第１フィールドにおいて、読み出しパルスが印加され、電子シャッタの停止開始時から読み出し開始時までに蓄積された信号電荷及びスミア電荷が読み出される。また、各第２の画素に対して、第２フィールドにおいて、読み出しパルスが印加されない。これにより、入射した光に対応し蓄積された電荷は、転送ゲート２０２を介して垂直ＣＣＤ２０３に転送されない。よって、スミア電荷のみが読み出される垂直ＣＣＤ２０３に読み出される。
【００７９】
図７は、第１フィールドにおける、スミア電荷の読み出し、又は蓄積電荷及びスミア電荷の読み出しが行われる画素の配置を示す図である。なお、図中のＮで示される画素は、第１フィールドにおいて、スミア電荷のみが読み出される画素（第１の画素）を示し、Ｓ＋Ｎで示される画素は、蓄積電荷及びスミア電荷が読み出される画素（第２の画素）を示す。図７に示すように、第１フィールドにおいて、偶数列かつ偶数行の画素と、奇数列かつ奇数行の画素とは、スミア電荷のみが読み出され、偶数列かつ奇数行の画素と、奇数列かつ偶数行の画素とは、蓄積電荷及びスミア電荷が読み出される。すなわち、第１画素及び第２画素は、列方向及び行方向に交互に配置された画素である。
【００８０】
図８は、第２フィールドにおける、スミア電荷の読み出し、又は蓄積電荷及びスミア電荷の読み出しが行われる画素の配置を示す図である。図８に示すように、第２フィールドにおいて、第１フィールドとは逆に、偶数列かつ偶数行の画素と、奇数列かつ奇数行の画素とは、蓄積電荷及びスミア電荷が読み出され、偶数列かつ奇数行の画素と、奇数列かつ偶数行の画素とは、スミア電荷のみが読み出される。
【００８１】
図９は、垂直ＣＣＤの電極の構成の一例を示す図である。図９（ａ）は、図８における偶数列の垂直ＣＣＤの電極の構成を示す図である。図９（ｂ）は、図８における奇数列の垂直ＣＣＤの電極の構成を示す図である。図９に示すように、例えば、垂直ＣＣＤ２０３は、２画素に対して繰り返しの８相垂直ＣＣＤである。また、偶数列と、奇数列とでは、電極の配置順序が逆転する。これにより、共通の制御信号を用いて、偶数列では下方向に垂直転送が行い、奇数列では上方向に垂直転送が行うことができる。
【００８２】
図１０は、図９に示す垂直ＣＣＤの電極に印加される信号のタイミングチャートの一例を示す図である。図１０に示すように、時刻Ｔ１において、電極Ｖ２に読み出し電圧（１２Ｖ）が印加され、フォトダイオード２０１に蓄積された電荷及びスミア電荷が垂直ＣＣＤ２０３に転送される。また、時刻Ｔ１において、電極Ｖ６に読み出し電圧（１２Ｖ）は印加されず、スミア電荷が垂直ＣＣＤ２０３に転送される。時刻Ｔ２〜Ｔ７において、図１０に示す電圧を印加することで、蓄積電荷及びスミア電荷と、スミア電荷とが順次転送される。
【００８３】
ここで、蓄積電荷及びスミア電荷の合計の信号電荷と、スミア電荷のみの信号電荷とを比較すると、蓄積電荷及びスミア電荷の合計の信号電荷のほうが、電荷量が大きい。よって、スミア電荷のみの垂直ＣＣＤの転送に用いられるポテンシャル井戸の垂直転送方向の幅を、蓄積電荷及びスミア電荷の垂直ＣＣＤの転送に用いられるポテンシャル井戸の垂直転送方向の幅より狭く設定することで、垂直ＣＣＤ２０３の最大電荷量を拡大させることができる。例えば、図１０に示すように、蓄積電荷及びスミア電荷の合計の信号電荷の転送に電極３つ分の領域を用い、スミア電荷のみの信号電荷の転送に電極１〜２つ分の領域を用いる。
【００８４】
図１１は、実施の形態３の固体撮像装置の第１の画素（偶数列かつ偶数行の画素、及び奇数列かつ奇数行の画素）の動作の手順を示すチャートである。
【００８５】
各第１の画素において、第１フレームの第１フィールドで、固体撮像素子２００は、第１の画素に対応する第１のスミア電荷を読み出し、出力部２０８又は２０９に転送する。出力部２０８及び２０９は、転送されてきたスミア電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部２０８及び２０９からの値、すなわち、第１フレームの第１フィールドにおける第１の画素のスミア電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。変換された値（第１のスミア電荷に対応する値）は第１メモリ１１１に蓄積される。
【００８６】
第１フレームの第２フィールドで、固体撮像素子２００の第１の画素は、入射光量に応じた電荷を蓄積し、水平ＣＣＤ２０４及び２０５は第１の画素が蓄積した第１の電荷を出力部２０８又は２０９に転送する。出力部２０８及び２０９は、転送されてきた電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部２０８及び２０９からの値、すなわち、第１フレームの第２フィールドで蓄積された第１の画素の電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。変換された値（第１の電荷に対応する値）は第２メモリ１１２に蓄積される。
【００８７】
第２フレームの第１フィールドで、固体撮像素子２００は、第１の画素に対応する第２のスミア電荷を読み出し、出力部２０８又は２０９に転送する。出力部２０８及び２０９は、転送されてきたスミア電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部２０８及び２０９からの値、すなわち、第２フレームの第１フィールドにおける第１の画素のスミア電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。加算部１１３は、変換された値、すなわち第２フレームの第１フィールドにおける第１の画素のスミア電荷に対応する値（第２のスミア電荷に対応する値）と、第１メモリ１１１に蓄積された値（第１のスミア電荷に対応する値）とを加算して第３のスミア電荷に対応する値を算出する。平均化部１１４は、加算部１１３からの、第３のスミア電荷に対応する値を、平均化する。すなわち、平均化部１１４は、第１フレームの第１フィールドで読み出された第１のスミア電荷及び第２フレームの第１フィールドで読み出された第２のスミア電荷の平均値を出力する。ゲイン補正部１１５は、平均化部１１４が出力する値に、所定の係数をかけることで、ゲイン補正を行う。減算部１１６は、第２メモリ１１２に蓄積された第１フレームの第２フィールドで読み出された第１の画素の信号電荷及びスミア電荷に対応する値から、ゲイン補正部１１５が出力する第１フレーム及び第２フレームの第１フィールドで読み出された第１の画素のスミア電荷の平均値をゲイン補正した値を減算する。出力部１１８は、減算部１１６によって得られた値を固体撮像装置外部に出力する。
【００８８】
図１２は、実施の形態３の固体撮像装置の第２の画素（偶数列かつ奇数行の画素、及び奇数列かつ偶数行の画素）の動作の手順を示すチャートである。
【００８９】
各第２の画素において、第１フレームの第２フィールドで、固体撮像素子２００は、第２の画素に対応する第４のスミア電荷を読み出し、出力部２０８又は２０９に転送する。出力部２０８及び２０９は、転送されてきたスミア電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部２０８及び２０９からの値、すなわち、第１フレームの第１フィールドにおける第２の画素のスミア電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。変換された値（第４のスミア電荷に対応する値）は第１メモリ１１１に蓄積される。
【００９０】
第２フレームの第１フィールドで、固体撮像素子２００の第２の画素は、入射光量に応じた電荷を蓄積し、水平ＣＣＤ２０４は第２の画素が蓄積した第２の電荷を出力部２０８又は２０９に転送する。出力部２０８及び２０９は、転送されてきた電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部２０８及び２０９からの値、すなわち、第２フレームの第１フィールドで蓄積された第２の画素の電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。変換された値（第２の電荷に対応する値）は第２メモリ１１２に蓄積される。
【００９１】
第２フレームの第２フィールドで、固体撮像素子２００は、第２の画素に対応する第５のスミア電荷を読み出し、出力部２０８又は２０９に転送する。出力部２０８及び２０９は、転送されてきたスミア電荷をその電荷に対応する電圧値に変換してＡ／Ｄ変換部１０９に出力する。Ａ／Ｄ変換部１０９は、出力部２０８及び２０９からの値、すなわち、第２フレームの第２フィールドにおける第２の画素のスミア電荷に対応するアナログの電圧値をデジタルの値に変換する。加算部１１３は、変換された値、すなわち第２フレームの第２フィールドにおける第２の画素のスミア電荷に対応する値（第５のスミア電荷に対応する値）と、第１メモリ１１１に蓄積された値（第４のスミア電荷に対応する値）とを加算して第６のスミア電荷に対応する値を算出する。平均化部１１４は、加算部１１３からの、第６のスミア電荷に対応する値を、平均化する。すなわち、平均化部１１４は、第１フレームの第２フィールドで読み出された第４のスミア電荷及び第２フレームの第２フィールドで読み出された第５のスミア電荷の平均値を出力する。ゲイン補正部１１５は、平均化部１１４が出力する値に、所定の係数をかけることで、ゲイン補正を行う。減算部１１６は、第２メモリ１１２に蓄積された第２フレームの第１フィールドで読み出された第２の画素の信号電荷及びスミア電荷（第２の電荷）に対応する値から、ゲイン補正部１１５が出力する第１フレーム及び第２フレームの第２フィールドで読み出された第２の画素のスミア電荷の平均値に対応する値を減算する。出力部１１８は、減算部１１６によって得られた値を固体撮像装置外部に出力する。
【００９２】
上述したように、実施の形態３では、所定のフィールドにおいて、列方向に隣接する画素の一方において、スミア電荷のみを読み出し、他方において、蓄積電荷及びスミア電荷を読み出す。さらに、垂直ＣＣＤ２０３の信号電荷の転送において、蓄積電荷及びスミア電荷の転送に用いる領域を、スミア電荷のみの転送に用いる領域より大きくする。これにより、実施の形態２の効果に加え、垂直ＣＣＤ２０３の最大電荷量を拡大させることができ、信号電荷の転送を効率よく行うことができる。
【００９３】
また、第１の画素及び第２の画素を列方向に対して交互に配置することで、垂直ＣＣＤ２０３の転送において、スミア電荷のみの転送と、蓄積電荷及びスミア電荷の転送とが隣接する。これにより、蓄積電荷及びスミア電荷の転送に用いる領域を、スミア電荷のみの転送に用いる領域より大きくした場合でも、垂直ＣＣＤ２０３の転送の制御を容易に行うことができる。
【００９４】
また、上述したように、２つの水平ＣＣＤを備え、高速で読み出しが可能な固体撮像装置において、差分処理に用いるスミアとなる電荷と、実効的なスミアとなる電荷との差を低減させることができる。
【００９５】
なお、上記説明において、出力部２０８及び２０９が出力した信号は、一つのＡ／Ｄ変換部１０９に転送されるとしたが、固体撮像装置が２つのＡ／Ｄ変換部を備え、出力部２０８及び２０９が出力した信号がそれぞれ個別のＡ／Ｄ変換部に転送されてもよい。さらに、選択部１１０、第１のメモリ１１１、第２のメモリ１１２、加算部１１３、平均化部１１４、ゲイン補正部１１５及び減算部１１６のうちいくつかを、それぞれ２つ備え、２つのＡ／Ｄ変換部から出力される値を、それぞれ異なる、処理経路で処理してもよい。さらに、第１の画素の電荷の処理を行う処理経路と、第２の画素の電荷の処理を行う処理経路をそれぞれ個別に設けてもよい。
【００９６】
また、上記説明において、上下に２つの水平ＣＣＤを備える固体撮像素子２００を用いた場合について説明したが、実施の形態１と同様に１つの水平ＣＣＤを備える固体撮像素子を用いてもよい。この場合、例えば、第１フィールドにおいて、偶数行の画素は、スミア電荷のみが読み出され、奇数行の画素は、蓄積電荷及びスミア電荷が読み出される。また、第２フィールドにおいて、奇数行の画素は、スミア電荷のみが読み出され、偶数行の画素は、蓄積電荷及びスミア電荷が読み出される。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明の固体撮像装置及びその駆動方法は、出力画像の画質が良好なビデオムービーやデジタルスチルカメラ、携帯用のカメラ、医療用カメラ、監視用カメラ等に用いられるＣＣＤイメージセンサ及びＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子を組み込んだ固体撮像装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】実施の形態１における固体撮像装置の構成図である。
【図２】実施の形態１における、一つのフレームを構成する第１フィールド、第２フィールド、及び第３フィールドそれぞれにおけるＶＳＵＢ電圧及び読み出し電圧のパルス波形を示す図である。
【図３】実施の形態１における、固体撮像装置の動作の手順を示すチャートである。
【図４】実施の形態２における、第１フレームの第１フィールド、第１フレームの第２フィールド、及び第１フレームの第１フィールドそれぞれにおけるＶＳＵＢ電圧及び読み出し電圧のパルス波形を示す図である。
【図５】実施の形態２における、固体撮像装置の動作の手順を示すチャートである。
【図６】実施の形態３における固体撮像装置の構成図である。
【図７】実施の形態３における第１フィールドでスミア電荷の読み出し、又は蓄積電荷及びスミア電荷の読み出しが行われる画素の配置を示す図である。
【図８】実施の形態３における第２フィールドでスミア電荷の読み出し、又は蓄積電荷及びスミア電荷の読み出しが行われる画素の配置を示す図である。
【図９】実施の形態３における垂直ＣＣＤの電極の構成を示す図である。
【図１０】実施の形態３における垂直ＣＣＤの電極に印加される信号のタイミングチャートである。
【図１１】実施の形態３における、第１の画素に対する固体撮像装置の動作の手順を示すチャートである。
【図１２】実施の形態３における、第２の画素に対する固体撮像装置の動作の手順を示すチャートである。
【図１３】従来のＣＣＤイメージセンサの構成を示す図である。
【図１４】従来のＣＣＤ固体撮像装置の画素の断面図である。
【符号の説明】
【００９９】
１００、２００  光電変換領域（固体撮像素子、ＣＣＤイメージセンサ）
１０１、２０１、９０１  フォトダイオード
１０２、２０２、９０２  第１の転送ゲート
１０３、２０３、９０３  垂直ＣＣＤ
１０４、２０４、２０５、９０７  水平ＣＣＤ
１０８、２０８、２０９、９０８  出力部
１０９  Ａ／Ｄ変換部
１１０  選択部
１１１  第１メモリ
１１２  第２メモリ
１１３  加算部
１１４  平均化部
１１５  ゲイン補正部
１１６  減算部
１１７  制御部
１１８  出力部
１１９  駆動部
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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