(57)【要約】【課題】  撮像素子の遮光手段を要せずに、縦スジノイズと水平方向のシェーディングの補正可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】  フォトダイオード101 とその信号を受け取る浮遊拡散領域106 とその信号を浮遊拡散領域へ転送する転送トランジスタ103 と増幅トランジスタ102 とを有する単位画素を２次元に配列した画素部と、列方向の画素に共通接続された列信号線12と、列信号線に出力された画素信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧部30と、画素を駆動制御する垂直走査部21と、ノイズ抑圧後の信号を水平信号線19に出力する水平走査部22と、撮像信号を読み出す撮像信号読み出しモードとノイズ抑圧部に起因する縦スジ等のノイズを抑圧するための補正用信号を取得する補正信号読み出しモードを有し、撮影信号読み出しモード時は転送トランジスタをＯＮを含む駆動制御を、補正信号読み出しモード時はＯＦＦのみの駆動制御を行うモード設定制御回路23とを備える。【選択図】        図１
2008148082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換手段、その入力部に供給される信号を増幅する増幅手段、前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段、及び前記光電変換手段にて生成された撮像信号を前記増幅手段の入力部に転送する転送手段を有する画素が複数、２次元状に配列され、且つ各列に配列された各画素の前記増幅手段の出力部が列毎に設けられた共通信号線に接続された画素部と、前記共通信号線に出力された前記画素からの信号のノイズを抑圧する列処理回路と、前記画素の増幅手段、前記リセット手段、及び前記転送手段を行単位で制御する垂直走査回路と、前記列処理回路から水平信号線へのノイズ抑圧後の信号の出力を列を単位として制御する水平走査回路と、前記撮像信号を前記水平信号線に読み出す第１の読み出しモードと、前記列処理回路に起因するノイズを抑圧するための補正データを取得する第２の読み出しモードとを設定可能に有し、ここで、前記転送手段を、前記第１の読み出しモードにおいてはＯＮを含む駆動制御とし、第２の読み出しモードにおいてはＯＦＦのみの駆動制御とするモード設定制御回路とを具備する固体撮像素子と、
前記補正データを保持するメモリと、
前記メモリに保持された補正データに基づき、前記第１の読み出しモードにおいて読み出された前記撮像信号を補正する補正手段とを備えたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記固体撮像素子と同一の半導体チップ上に、前記メモリ又は前記補正手段の少なくとも一方が形成されていることを特徴とする請求項１に係る固体撮像装置。
【請求項３】
前記モード設定制御回路は任意のタイミングで前記第２の読み出しモードを設定し、前記メモリは前記任意のタイミングで取得された前記補正データを格納することを特徴とする請求項１又は２に係る固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、デジタルカメラ等の映像出力信号を出力する固体撮像装置、特に縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正することの可能な固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサや、ＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子は、光を電気信号に変換する装置であり、デジタルカメラ等に広く用いられている。図11は、従来のＭＯＳ型イメージセンサの構成例を示す回路構成図である。この構成例に係るＭＯＳ型イメージセンサは、光電変換部であるフォトダイオードＰＤ１と該フォトダイオードＰＤ１の検出信号を増幅する増幅トランジスタＭ１と前記フォトダイオードＰＤ１の検出信号をリセットするリセットトランジスタＭ２と各行を選択するための行選択トランジスタＭ３と画素電源ＶＤＤとからなる単位画素2011と、該単位画素を駆動する垂直走査部2012と、列方向に配列された単位画素2011に共通に接続され、単位画素2011からの信号を出力する列信号線2013と、列信号線2013に定電流を流すバイアス用トランジスタＭ５と、バイアス用トランジスタの電流値を決めるバイアス電流調整電圧線ＶＢＩＡＳと、列信号線2013に接続されたクランプ容量Ｃ11と、列信号線2013の電圧変化分を保持するホールド容量Ｃ12と、クランプ容量Ｃ11とホールド容量Ｃ12を接続するサンプルホールドトランジスタＭ12と、クランプ容量Ｃ11とホールド容量Ｃ12を所定の電圧にクランプするためのクランプトランジスタＭ11と、各列のホールド容量Ｃ12から信号を選択するため一方の端子をホールド容量Ｃ12に接続した列選択トランジスタＭ13と、列選択トランジスタＭ13の他方の端子が接続された水平信号線2015と、出力アンプ2016と、列選択トランジスタＭ13を駆動する水平走査部2014から構成されている。なお、クランプ容量Ｃ11とホールド容量Ｃ12とクランプトランジスタＭ11とサンプルホールドトランジスタＭ12とで、ノイズ抑圧部2017を構成している。
【０００３】
このように構成されたイメージセンサにおいては、列毎に備えた相関二重サンプリングを行うノイズ抑圧部2017により、単位画素の増幅トランジスタＭ１のばらつきを抑圧することは可能であるが、ノイズ抑圧部2017自体にばらつきがあると、そのばらつきにより、得られた画素信号に縦スジ状のノイズや、水平方向のシェーディングが重畳されてしまうという問題点がある。
【０００４】
そこで、従来は、この縦スジノイズや水平方向のシェーディングを補正するために、以下のような手法を用いている。図12，図13は、例えば特開２０００−２６１７３０号公報に示されている縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正可能なイメージセンサの概略構成を示す図、及びそのイメージセンサを搭載した固体撮像装置の構成を示すブロック構成図である。図12は、図11に示したＭＯＳ型イメージセンサの構成を簡略化して示したもので、図11に示したイメージセンサと共通の構成要素には同一の符号を付して示している。行列状に配列された複数個の単位画素によって構成される画素部の全画素領域2001ａ内には、表面を遮光膜で覆ったＯＢ領域2001ｃと、実際の撮像に使用する有効画素領域2001ｂを備えており、ＯＢ領域2001ｃの上側を垂直ＯＢ領域2001ｄとする。
【０００５】
図13に示した固体撮像装置は、イメージセンサ3010と、イメージセンサ3010からの信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部3020と、Ａ／Ｄ変換部3020から出力されるデジタル信号からイメージセンサ3010の垂直ＯＢ領域2001ｄ分の信号を抜き出して、列方向に加算平均する垂直ＯＢ領域加算平均部3030と、垂直ＯＢ領域加算平均部3030からの信号を保持するラインメモリ3040と、Ａ／Ｄ変換部3020から出力される撮像信号からラインメモリ3040に保持された信号（補正データ）を減算する減算部3050と、減算部3050からの信号を画像処理し画像信号を出力する画像処理部3060とから構成されている。
【０００６】
そして、このように構成された固体撮像装置においては、撮像信号を取得する際に、垂直ＯＢ領域2001ｄの信号を列方向に加算平均したものを、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングの補正データとしてラインメモリ3040に保持しておき、通常の撮像時に、撮像信号からラインメモリ3040に保持されている補正データを減算することで、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正している。ここで、垂直ＯＢ領域の信号に対して列方向に加算平均を行うのは、ランダムノイズ成分の影響を受けにくくするためである。
【０００７】
また、特開平１０−３１３４２８号公報に開示されているように、イメージセンサに光が入射しない状態を作り、その状態における出力から列方向に加算平均した補正データを取得することにより、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正する手法も知られている。
【特許文献１】特開２０００−２６１７３０号公報
【特許文献２】特開平１０−３１３４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特開２０００−２６１７３０号公報に開示されている手法では、遮光膜で覆われている垂直ＯＢ領域2001ｄにより補正データを取得するように構成されているため、実際の撮像信号を取得する有効画素領域2001ｂとは画素特性に差がある。また、特開平１０−３１３４２８号公報に開示されている手法では、有効画素領域において補正データを取得するために、遮光手段が必要になる。
【０００９】
このように、従来は、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディング補正用の補正データを取得するに際して、遮光手段を用いずに遮光状態と同等の信号を得ることが課題となっていた。本発明は、固体撮像装置における上記課題を解決するためになされたもので、固体撮像素子の遮光手段を必要とせずに、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の課題を解決するために、請求項１に係る発明は、光電変換手段、その入力部に供給される信号を増幅する増幅手段、前記増幅手段の入力部をリセットするリセット手段、及び前記光電変換手段にて生成された撮像信号を前記増幅手段の入力部に転送する転送手段を有する画素が複数、２次元状に配列され、且つ各列に配列された各画素の前記増幅手段の出力部が列毎に設けられた共通信号線に接続された画素部と、前記共通信号線に出力された前記画素からの信号のノイズを抑圧する列処理回路と、前記画素の増幅手段、前記リセット手段、及び前記転送手段を行単位で制御する垂直走査回路と、前記列処理回路から水平信号線へのノイズ抑圧後の信号の出力を列を単位として制御する水平走査回路と、前記撮像信号を前記水平信号線に読出す第１の読み出しモードと、前記列処理回路に起因するノイズを抑圧するための補正データを取得する第２の読み出しモードとを設定可能に有し、ここで、前記転送手段を、前記第１の読み出しモードにおいてはＯＮを含む駆動制御とし、第２の読み出しモードにおいてはＯＦＦのみの駆動制御とするモード設定制御回路とを具備する固体撮像素子と、前記補正データを保持するメモリと、前記メモリに保持された補正データに基づき、前記第１の読み出しモードにおいて読み出された前記撮像信号を補正する補正手段とを備えて固体撮像装置を構成するものである。
【００１１】
請求項２に係る発明は、請求項１に係る固体撮像装置において、前記固体撮像素子と同一の半導体チップ上に、前記メモリ又は前記補正手段の少なくとも一方が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に係る固体撮像装置において、前記モード設定制御回路は任意のタイミングで前記第２の読み出しモードを設定し、前記メモリは前記任意のタイミングで取得された前記補正データを格納することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、第２の読み出しモードにおいては、画素の転送手段はＯＦＦのみで駆動制御され、増幅手段への撮像信号の転送が遮断された状態とされるので、シャッタ等の遮光手段を別途設けることなく、簡易な構成にて、遮光手段により遮光された状態と同等の状態で、列処理回路に起因するノイズを抑圧するための補正データを取得することが可能な固体撮像装置を実現することができる。また請求項２に係る発明によれば、メモリ又は補正手段の少なくとも一方を固体撮像素子と同一の半導体チップ上に構成しているため、外部メモリともしくは外部補正手段が不要となり、固体撮像装置の小型化を図ることが可能となる。また請求項３に係る発明によれば、任意のタイミングでメモリに保持されている補正信号を変更することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【実施例】
【００１５】
（実施例１）
まず、本発明に係る固体撮像装置の実施例１について説明する。図１は実施例１に係る固体撮像装置における固体撮像素子の１画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。この実施例に係る固体撮像素子は、光電変換部であるフォトダイオード101 と、該フォトダイオード101 に蓄積された電荷に対応した信号を受け取る浮遊拡散領域106 と、前記信号を増幅して読み出すための増幅トランジスタ102 と、前記フォトダイオード101 に蓄積された電荷を浮遊拡散領域106 へ転送する手段である転送トランジスタ103 と、増幅トランジスタ102 の入力部となる浮遊拡散領域106 をリセットするためのリセットトランジスタ104 と、各行を選択するための行選択トランジスタ105 と、画素電源ＶＤＤとからなる単位画素11を備えている。なお、図１において、107 は浮遊拡散領域106 が形成する浮遊容量であり、そして上記単位画素11は行列状に複数個配列されている。
【００１６】
また、この固体撮像素子は、列方向に配列された単位画素11に共通に接続され、単位画素11の信号を出力する列信号線12と、列信号線12に定電流を流すバイアス用トランジスタ13と、バイアス用トランジスタ13の電流値を決めるバイアス電流調整電圧線ＶＢＩＡＳとを備え、更に、列信号線12に接続されたクランプ容量14と、列信号線12の電圧変化分を保持するホールド容量15と、クランプ容量14とホールド容量15を接続するサンプルホールドトランジスタ16と、クランプ容量14とホールド容量15を所定の電圧にクランプするためのクランプトランジスタ17とからなる、相関二重サンプリングを行い単位画素11からの信号のノイズを抑圧するノイズ抑圧部30と、各列のノイズ抑圧部30のホールド容量15から信号を読み出すため一方の端子をホールド容量15に接続した列選択トランジスタ18と、列選択トランジスタ18の他方の端子が接続された水平信号線19と、出力アンプ20と、垂直走査回路21と、水平走査回路22と、次に述べる撮像信号読み出しモードと補正信号読み出しモードとに切り換えて駆動制御するモード設定制御回路23とを備えて構成されている。モード設定制御回路23は、更にモードを設定するモード設定部23ａと、設定されたモードに応じた制御を行う制御部23ｂとを有する。
【００１７】
次に、図２に示した撮像信号読み出しモードのタイミングチャートに基づいて、図１に示した実施例１に係る固体撮像素子の撮像信号読み出しモード時の画像データ取得動作について説明する。図２におけるφＲＯＷ，φＲＳＴ，φＴＲは、画素駆動用の行選択パルス、リセット制御パルス、転送パルス信号であり、垂直走査回路21から出力されるようになっている。
【００１８】
まず、水平ブランキング期間において、行選択パルスφＲＯＷ＝Ｈにすると、行選択トランジスタ105 がオン状態となり、列信号線12に浮遊拡散領域106 の信号電圧が出力されるようになる。次に、クランプ制御パルスφＣＬ＝Ｈ，及びサンプルホールド制御パルスφＳＨ＝Ｈとして、サンプルホールドトランジスタ16とクランプトランジスタ17をオン状態にし、クランプ容量14の一方の端子とホールド容量15を基準電位ＶＲＥＦに固定する。なお、クランプ制御パルスφＣＬ及びサンプルホールド制御パルスφＳＨは制御部23ｂより出力される。
【００１９】
次に、リセット制御パルスφＲＳＴ＝Ｈとしてリセットトランジスタ104 をオンとし、浮遊拡散領域106 の電圧をリセットする。その後、リセット制御パルスφＲＳＴ＝Ｌとしてリセットトランジスタ104 をオフとする。そして、クランプ制御パルスφＣＬ＝Ｌとしてクランプトランジスタ17をオフ状態とすることで、リセットした後の浮遊拡散領域106 のレベルをクランプ容量14にクランプする。その後、転送パルスφＴＲ＝Ｈとして転送トランジスタ103 をオンとし、フォトダイオード101 に蓄積された電荷を浮遊拡散領域106 に転送する。このとき、電荷量に応じた撮像信号レベルが列信号線12に現れ、クランプ容量14及びサンプルホールドトランジスタ16を介してホールド容量15に蓄積される。
【００２０】
そして、次にサンプルホールド制御パルスφＳＨ＝Ｌとしてサンプルホールドトランジスタ16をオフ状態にすることで、ホールド容量15にフォトダイオード101 の信号成分が保持される。その後、水平映像期間に、水平走査回路22より出力される列選択パルスを“Ｈ”として列選択トランジスタ18をオンすることによって、ホールド容量15に保持された信号成分が水平信号線19に出力され、出力アンプ20からノイズが抑圧された画素信号が出力される。この動作を繰り返し各行毎に行うことで、一画面分の撮像信号が得られる。
【００２１】
次に、図３に示した補正信号読み出しモード時のタイミングチャートに基づいて、図１に示した固体撮像素子の補正用信号取得動作について説明する。図３における行選択パルスφＲＯＷ、リセット制御パルスφＲＳＴ、転送パルスφＴＲは画素駆動用の信号であり、垂直走査回路21から出力される。
【００２２】
まず、水平ブランキング期間において、行選択パルスφＲＯＷ＝Ｈにすると、行選択トランジスタ105 がオン状態となり、列信号線12に浮遊拡散領域106 の信号電圧が出力されるようになる。このとき、クランプ制御パルスφＣＬ＝Ｈ，及びサンプルホールド制御パルスφＳＨ＝Ｈとして、サンプルホールドトランジスタ16とクランプトランジスタ17をオン状態にし、クランプ容量14の一方の端子とホールド容量15を基準電位ＶＲＥＦに固定する。
【００２３】
次に、リセット制御パルスφＲＳＴ＝Ｈとしてリセットトランジスタ104 をオンとし、浮遊拡散領域106 の電圧をリセットする。その後、リセット制御パルスφＲＳＴ＝Ｌとしてリセットトランジスタ104 をオフとする。そして、クランプ制御パルスφＣＬ＝Ｌとしてクランプトランジスタ17をオフ状態とすることで、リセットした後の浮遊拡散領域106 のレベルをクランプ容量14にクランプする。その後、サンプルホールド制御パルスφＳＨ＝Ｌとしてサンプルホールドトランジスタ16をオフ状態にすることで、ホールド容量15に信号レベルが保持されるが、この場合、フォトダイオード101 に光による電荷が蓄積されていたとしても、転送動作を行わないので、浮遊拡散領域106 のレベルは変化しない。したがって、画素領域を遮光したときと同等の信号レベルとなっている。
【００２４】
その後、水平映像期間中に、水平走査回路22より出力される列選択パルスによって、ホールド容量15に保持された信号成分が水平信号線19へ出力され、出力アンプ20からノイズが抑圧された信号が出力される。この動作を繰り返し各行毎に行うことで、画素領域を遮光状態とすることなく、遮光状態と同等の信号が得られるので、それを列毎のノイズ抑圧部30に起因するノイズを抑圧するための補正用信号として用いることが可能となる。
【００２５】
（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図４は、実施例２に係る固体撮像装置における固体撮像素子の１画素とそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。実施例２に係る固体撮像素子の構成は、実施例１に係る固体撮像素子における相関二重サンプリングを行うノイズ抑圧部を、クランプ型から差動型に変えた構成となっている。
【００２６】
図４に示すように、実施例２に係る固体撮像素子は、光電変換部であるフォトダイオード501 と、該フォトダイオード501 に蓄積された電荷に対応した信号を受け取る浮遊拡散領域506 と、浮遊拡散領域が形成する浮遊容量507 と、前記信号を増幅して読み出すための増幅トランジスタ502 と、前記フォトダイオード501 に蓄積された電荷を浮遊拡散領域506 へ転送する手段である転送トランジスタ503 と、増幅トランジスタ502 の入力部である浮遊拡散領域506 をリセットするためのリセットトランジスタ504 と、各行を選択するための行選択トランジスタ505 と、画素電源ＶＤＤとからなる単位画素51を備え、また列方向に配列された単位画素51に共通に接続され、単位画素51の信号を出力する列信号線52と、列信号線52に定電流を流すバイアス用トランジスタ53と、バイアス用トランジスタの電流値を決めるバイアス電流調整電圧線ＶＢＩＡＳと、選択パルスφＳにより動作する第１の選択トランジスタ54と、選択パルスφＲにより動作する第２の選択トランジスタ55と、列信号線52に出力されるフォトダイオードの信号を保持する第１の容量56と、同じく列信号線52に出力されるフォトダイオードの信号を保持する第２の容量57と、第１の容量56に保持された信号を出力する第１の水平信号線58と、第２の容量57に保持された信号を出力する第２の水平信号線59と、第１の容量56と第１の水平信号線58とを接続する第１の列選択トランジスタ60と、第２の容量57と第２の水平信号線59とを接続する第２の列選択トランジスタ61と、列リセットパルスにより動作し水平信号線リセット電圧を第１の水平信号線58に接続する第１の水平信号線リセットトランジスタ62と、列リセットパルスにより動作し水平信号線リセット電圧を第２の水平信号線59に接続する第２の水平信号線リセットトランジスタ63と、第１及び第２の水平信号線58，59に接続された差動出力アンプ64と、垂直走査回路65と、水平走査回路66と、撮像信号読み出しモードと補正信号読み出しモードとに切り換えて駆動制御するモード設定制御回路67とを備えて構成されている。モード設定制御回路67は、更にモードを設定するモード設定部67ａと、設定されたモードに応じた制御を行う制御部67ｂとを有する。
【００２７】
次に、図５に示した撮像信号読み出しモードのタイミングチャートに基づいて、図４に示した実施例２に係る固体撮像素子の撮像信号読み出しモード時の画像データ取得動作について説明する。図５における行選択パルスφＲＯＷ、リセット制御パルスφＲＳＴ、転送パルスφＴＲは画素駆動用の信号であり、垂直走査回路65から出力されるようになっている。
【００２８】
まず、水平ブランキング期間において、行選択パルスφＲＯＷ＝Ｈにすると、行選択トランジスタ505 がオン状態となり、列信号線52に浮遊拡散領域506 の信号電圧が出力されるようになる。次に、リセット制御パルスφＲＳＴ＝Ｈとしてリセットトランジスタ504 をオンにして、浮遊拡散領域506 をリセットする。その後、リセット制御パルスφＲＳＴ＝Ｌとしてリセットトランジスタ504 をオフにする。そして、次いで第２の選択パルスφＲ＝Ｈとして第２の選択トランジスタ55をオンにし、浮遊拡散領域506 のリセット電位を第２の容量57に保持する。その後、第２の選択パルスφＲ＝Ｌとして第２の選択トランジスタ55をオフとする。
【００２９】
次に、転送パルスφＴＲ＝Ｈとして転送トランジスタ503 をオンにして、フォトダイオード501 に蓄積された電荷を浮遊拡散領域506 に転送する。次いで、転送パルスφＴＲ＝Ｌとして転送トランジスタ503 をオフとした後、第１の選択パルスφＳ＝Ｈとして第１の選択トランジスタ54をオンとし、これにより浮遊拡散領域506 の電位が第１の容量56に保持される。その後、第１の選択パルスφＳ＝Ｌとして第１の選択トランジスタ54をオフとする。なお、第２，第１の選択パルスφＲ，φＳ，及び列リセットパルスは制御部67ｂより出力される。
【００３０】
その後、水平映像期間において、水平走査回路66より出力される列選択パルスを“Ｈ”として、第２の列選択トランジスタ61と第１の列選択トランジスタ60をオンとすることで、上記第２の容量57と第１の容量56に保持された信号は、第２の水平信号線59と第１の水平信号線58にそれぞれ出力され、差動出力アンプ64に入力されて光電変換信号に含まれるノイズが抑圧された画素信号が出力される。なお、列選択パルスを“Ｈ”とする前に、水平信号線リセット電圧による第１及び第２の水平信号線58，59のリセットが行われる。
【００３１】
次に、図６に示した補正信号読み出しモードのタイミングチャートに基づいて、図４に示した実施例２に係る固体撮像素子の補正信号取得動作について説明する。図６における行選択パルスφＲＯＷ、リセット制御パルスφＲＳＴ、転送パルスφＴＲは画素駆動用の信号であり、垂直走査回路65から出力される。
【００３２】
まず、水平ブランキング期間において、行選択パルスφＲＯＷ＝Ｈにして行選択トランジスタ505 をオン状態とし、次いでリセット制御パルスφＲＳＴ＝Ｈとしてリセットトランジスタ504 をオンにして、浮遊拡散領域506 をリセットする。その後、リセット制御パルスφＲＳＴ＝Ｌとしてリセットトランジスタ504 をオフにする。
【００３３】
そして、次いで第２の選択パルスφＲ＝Ｈとして第２の選択トランジスタ55をオンにし、浮遊拡散領域506 のリセット電位を第２の容量57に保持する。その後、第２の選択パルスφＲ＝Ｌとして第２の選択トランジスタ55をオフとする。その後、第１の選択パルスφＳ＝Ｈとして第１の選択トランジスタ54をオンとし、浮遊拡散領域506 の電位を第１の容量56に保持する。このとき、フォトダイオード501 に光による電荷が蓄積されていたとしても、転送動作を行っていないので、浮遊拡散領域506 のレベルは変化せず、画素領域の遮光時とほぼ同じ信号レベルとなっている。その後、第１の選択パルスφＳ＝Ｌとして第１の選択トランジスタ54をオフとする。
【００３４】
その後、水平映像期間において、水平走査回路66より出力される列選択パルスを“Ｈ”として、第２の列選択トランジスタ61と第１の列選択トランジスタ60をオンとすることで、上記第２の容量57と第１の容量56に保持された信号は、第２の水平信号線59と第１の水平信号線58にそれぞれ読み出され、差動アンプ64に入力されて第２の容量57と第１の容量56の差分信号が出力され、ノイズが抑圧された信号が得られる。この差分信号は入射光量にはよらないので、遮光状態と同等の信号となる。このように、ノイズ抑圧部に差動型のものを用いた場合でも、画素領域を遮光することなく補正用信号を取得することが可能となる。
【００３５】
（実施例３）
次に実施例３について説明する。図７は、実施例３に係る固体撮像装置における固体撮像素子の１画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。実施例３に係る固体撮像素子の構成は、実施例１に係る固体撮像素子の単位画素の構成に、第２の転送トランジスタ708 と光電荷に対応した信号を保持するメモリ領域709 とを加えた構成となっている点で相違するのみで、他の構成は実施例１と同じである。なお、図７において、710 はメモリ領域に形成される浮遊容量である。
【００３６】
次に、図７に示した構成の固体撮像素子の動作について説明する。画素部においては、まず、全画素同時にリセット制御パルスφＲＳＴ＝Ｈ、及び第１転送パルスφＴＲ１＝Ｈとして、浮遊拡散領域706 及びメモリ領域709 を一括リセットし、任意の時間後に全画素同時に第２の転送パルスφＴＲ２＝Ｈとし、各画素のフォトダイオード701 に蓄積された電荷をメモリ領域709 に一括転送する。このとき、一括リセットから一括転送までの時間がフォトダイオード701 の電荷蓄積時間となる。以降引き続き行われる画素信号の読出しについては、メモリ領域709 を図１に示した実施例１のフォトダイオード101 とみなすことにより同じ動作で行うことができる。
【００３７】
このように、単位画素内にメモリ領域を有する場合においては、全画素の電荷蓄積期間を同一にすることができ、実施例１と同様に、撮像信号読み出しモードと補正信号読み出しモードの動作が行え、補正信号読出しモードにおいては、画素領域を遮光することなく、遮光状態と同等の信号が得られるので、それを補正用信号として用いることが可能となる。
【００３８】
また、この実施例３ではノイズ抑圧部をクランプ型としたものを示しているが、実施例２に示したような差動型のものを用いてもよいことはいうまでもない。また、実施例１〜３では、列処理回路として相関二重サンプリングを行うノイズ抑圧部のみを示しているが、列毎に増幅を行う回路や、Ａ／Ｄ変換を行う回路を付加してもよいことはいうまでもない。
【００３９】
（実施例４）
次に、上記の実施例１〜３に示した固体撮像素子を搭載した固体撮像装置の構成例を、実施例４として説明する。図８の（Ａ）に固体撮像素子1010の簡略図を示し、図８の（Ｂ）に固体撮像装置のブロック構成図を示す。図８の（Ａ）に示す固体撮像素子は、行列状に配列された複数個の単位画素によって構成される画素部を備え、該画素部の全画素領域1001ａ内には、表面を遮光膜で覆ったＯＢ領域1001ｃと、実際の撮像に使用する有効画素領域1001ｂとを備えており、ＯＢ領域1001ｃの上側を垂直ＯＢ領域1001ｄとし、有効画素領域1001ｂの一部を選択画素領域1001ｅとしている。ここで、選択画素領域1001ｅは、補正信号読み出しモード時に選択される画素領域であり、有効画素を含む任意の複数行領域からなり、モード設定制御部1018により補正データを取得するために最適な領域に設定されるようになっている。
【００４０】
また、固体撮像素子には、画素部を駆動する垂直走査部1013と、各列毎に設けられたノイズ抑圧部1017と、列選択トランジスタＭ13と、列選択トランジスタＭ13を駆動する水平走査部1014と、水平信号線1015と、出力アンプ1016と、撮像信号読み出しモードと補正信号読み出しモードとに切り換えて駆動制御するモード設定制御部1018とを備えている。
【００４１】
図８の（Ｂ）に示すように固体撮像装置は、上記構成の固体撮像素子1010と、固体撮像素子1010からの信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部1020と、補正信号読み出しモード時のＡ／Ｄ変換部1020からの信号を列方向に加算平均する選択画素垂直加算平均部1030と、選択画素垂直加算平均部1030からの信号を保持するラインメモリ1040と、撮像信号読み出しモード時にＡ／Ｄ変換部1020から出力される撮像信号からラインメモリ1040に保持された信号（補正データ）を減算する減算部1050と、減算部1050からの信号を画像処理し画像信号を出力する画像処理部1060とから構成されている。なお、固体撮像素子にＡ／Ｄ変換回路が搭載されている場合は、Ａ／Ｄ変換部1020が不要となる。
【００４２】
次に、このように構成されている固体撮像装置の動作について説明する。図９は、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正するための、補正信号読み出しモード時の動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しながら、補正信号読み出しモードの動作について説明する。まず、モード設定制御部1018から補正データ取得命令が出されると、任意の複数行領域を選択するために、垂直走査部1013が制御されて、選択画素領域1001ｅが走査され、選択画素領域1001ｅ内の各画素の補正信号が水平走査部1014により水平信号線1015に読み出され、出力アンプ1016から出力される。
【００４３】
このとき選択画素領域1001ｅ内の各画素の補正信号は、実施例１〜３で示した手法で取得できる。垂直走査部1013は、選択画素領域1001ｅの走査を終えると、そこで走査を終了し、固体撮像素子1010からは選択画素領域1001ｅ分のみの補正信号が出力される。Ａ／Ｄ変換部1020で、この選択画素領域1001ｅの補正信号がデジタル信号に変換される。そして、選択画素垂直加算平均部1030で選択画素領域1001ｅの補正デジタル信号が列方向に加算平均されたものが、補正データとしてラインメモリ1040に保持される。
【００４４】
図10は、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングを補正するための、撮像信号読み出しモード時の動作を示すフローチャートである。以下、このフローチャートを参照しながら、撮像信号読み出しモード時の動作を説明する。固体撮像素子1010からは、実施例１〜３で示した手法により全画素領域1001ａの撮像信号が行毎に出力される。この撮像信号はＡ／Ｄ変換部1020でデジタル信号に変換される。そのデジタル信号からラインメモリ1040に保持されている補正データが減算部1050で減算され、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングが補正された信号が画像処理部1060に入力される。以上の処理を毎行の撮像信号について行う。そして、画像処理部1060で補正後の撮像信号を画像処理し画像信号が出力される。
【００４５】
このように本実施例に示した固体撮像装置においては、固体撮像素子を遮光状態とすることなく、縦スジノイズ及び水平方向のシェーディングが補正された撮像信号が得られる。なお、画素部の有効画素領域1001ｂ中の選択画素領域1001ｅの行数は、１〜有効画素領域の行数の間で任意に設定可能であり、例えば行数が多いほどランダムノイズの低減が可能となり、行数が少ないほど補正データの取得時間を短縮することができるので、適宜設定すればよい。
【００４６】
また、補正データの取得は、システムの安定性や固体撮像素子の環境に対する特性に応じて、適宜実施し、補正データの変更を行えば、温度変化などによる、縦スジや水平方向のシェーディングの変化に対応した補正が可能となる。更に、補正データの取得を、毎撮像時に行えば、常に最適な縦スジや水平方向のシェーディングの補正が可能となる。そして、図８の（Ｂ）に示す固体撮像装置の固体撮像素子を除く各構成要素の少なくとも１つを固体撮像素子と同一の半導体チップ上に構成すれば、固体撮像装置の小型化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の実施例１における固体撮像素子の１画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。
【図２】図１に示した実施例１における撮像信号読み出しモード時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図３】図１に示した実施例１における補正信号読み出しモード時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施例２における固体撮像素子の１画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。
【図５】図４に示した実施例２における撮像信号読み出しモード時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】図４に示した実施例２における補正信号読み出しモード時の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図７】本発明の実施例３における固体撮像素子の１画素及びそれに対応する部分の構成を示す回路構成図である。
【図８】本発明に係る固体撮像装置の構成例における固体撮像素子の構成、及び全体の構成を示すブロック図である。
【図９】図８に示した固体撮像装置における補正信号読み出しモード時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１０】図８に示した固体撮像装置における撮像信号読み出しモード時の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１１】従来のＭＯＳ型イメージセンサの構成例を示す回路構成図である。
【図１２】図11に示したＭＯＳ型イメージセンサを簡略化して示す図である。
【図１３】図12に示したＭＯＳ型イメージセンサを搭載した固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
11，51，71  単位画素
12，52，72  列信号線
13，53，73  バイアス用トランジスタ
14，74  クランプ容量
15  75  ホールド容量
16，76  サンプルホールドトランジスタ
17，77  クランプトランジスタ
18，78  列選択トランジスタ
19，79  水平信号線
20，80  出力アンプ
21，65，81  垂直走査回路
22，66，82  水平走査回路
23，67，83  モード設定制御回路
23ａ，67ａ，83ａ  モード設定部
23ｂ，67ｂ，83ｂ  制御部
30，90  ノイズ抑圧部
54  第１の選択トランジスタ
55  第２の選択トランジスタ
56  第１の容量
57  第２の容量
58  第１の水平信号線
59  第２の水平信号線
60  第１の列選択トランジスタ
61  第２の列選択トランジスタ
62  第１の水平信号線リセットトランジスタ
63  第２の水平信号線リセットトランジスタ
64  差動出力アンプ
101,501,701   フォトダイオード
102,502,702   増幅トランジスタ
103,503   転送トランジスタ
104,504,704   リセットトランジスタ
105,505,705   行選択トランジスタ
106,506,706   浮遊拡散領域
107,507,707   浮遊容量
703   第１の転送トランジスタ
708   第２の転送トランジスタ
709   メモリ領域
710   浮遊容量
1001ａ  全画素領域
1001ｂ  有効画素領域
1001ｃ  ＯＢ領域
1001ｄ  垂直ＯＢ領域
1001ｅ  選択画素領域
1010  固体撮像素子
1013  垂直走査部
1014  水平走査部
1015  水平信号線
1016  出力アンプ
1017  ノイズ抑圧部
1018  モード設定制御部
1020  Ａ／Ｄ変換部
1030  選択画素垂直加算平均部
1040  ラインメモリ
1050  減算部
1060  画像処理部
【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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