(57)【要約】【課題】強い光が入射した場合における画素間の特性ばらつきによる画質低下を抑制する。【解決手段】読み出し回路２００は、画素から読み出される第１電位と第２電位との差に基づいて決定される方法で、画素から画素信号を読み出す。第１電位は、電荷電圧変換部のリセット中において画素から読み出される電位である。第２電位は、電荷電圧変換部のリセット解除後かつ転送ゲートの活性化前において画素から読み出される電位である。【選択図】図２
2008042677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素と、
前記画素によって駆動される画素出力線と、
前記画素出力線を介して前記画素から画素信号を読み出す読み出し回路とを備え、
前記画素は、光電変換部、電荷電圧変換部、活性化されることにより前記光電変換部の電荷を前記電荷電圧変換部に転送する転送ゲート、前記電荷電圧変換部をリセットするリセット部、及び、前記電荷電圧変換部の電位に基づいて前記画素出力線を駆動する増幅部を含み、
前記読み出し回路は、前記電荷電圧変換部のリセット中において前記画素から前記読み出し回路に読み出される第１電位と前記電荷電圧変換部のリセット解除後かつ前記転送ゲートの活性化前において前記画素から前記読み出し回路に読み出される第２電位との差に基づいて決定される方法で、前記画素から画素信号を読み出す、
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記読み出し回路は、第１電位と第２電位との差が許容値以下である場合に、前記第２電位をノイズレベルとして、ＣＤＳ動作によって前記画素から画素信号を読み出す、
ことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記読み出し回路は、
前記第１電位を保持する容量と、
前記第２電位が読み出される経路と、
前記第１電位と前記第２電位との差が前記許容値以下である場合に前記経路を前記容量に接続するスイッチトランジスタとを含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記読み出し回路は、前記第１電位と前記第２電位とを比較し、前記第１電位と前記第２電位との差が前記許容値以下である場合に前記スイッチトランジスタをオンさせるコンパレータを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の光電玄関装置。
【請求項５】
画素と、
前記画素によって駆動される画素出力線と、
前記画素出力線を介して前記画素から画素信号を読み出す読み出し回路とを備え、
前記画素は、光電変換部、電荷電圧変換部、活性化されることにより前記光電変換部の電荷を前記電荷電圧変換部に転送する転送ゲート、前記電荷電圧変換部をリセットするリセット部、及び、前記電荷電圧変換部の電位に基づいて前記画素出力線を駆動する増幅部を含み、
前記読み出し回路は、前記電荷電圧変換部のリセット中に前記画素出力線に現れる電位と前記転送ゲートの活性化後に前記画素出力線に現れる電位との差分演算を行った第１差分演算電位と、前記電荷電圧変換部のリセット解除後かつ前記転送ゲートの活性化前において前記画素出力線に現れる電位と前記転送ゲートの活性化後に前記画素出力線に現れる電位との差分演算を行った第２差分演算電位との差に基づいて決定される方法で、前記画素から画素信号を読み出す、
ことを特徴とする光電変換装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置と、
前記光電変換装置から提供される信号を処理する処理回路と、
を備えることを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、増幅型の光電変換装置を用いた固体撮像装置、特にＭＯＳ型の固体撮像装置が注目されている。ＭＯＳ型固体撮像装置では、画角内に太陽が存在する場合のように非常に強い光が撮像面に入射した場合に、その強い光の入射部分が黒く映し出される現象が発生することがある。この現象は、高輝度黒沈み、黒沈み、或いは、黒化現象と呼ばれる。ここでは、この現象を"黒沈み"と呼ぶことにする。
【０００３】
黒沈みは、画素からＳ出力（データレベル）とＮ出力（ノイズレベル）を読み出し、両者の差分を演算して出力するＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）方式において見られる。Ｎ出力を読み出す際に高輝度の光が入射していると、それによって生成される電荷が浮遊拡散部に入り込んで該浮遊拡散部の電位を低下させる。これに応じて画素から出力されるＮ出力が低下する。この低下が過度になると、Ｓ出力とＮ出力との差分が極めて小さくなり、黒沈みが発生する。
【０００４】
特許文献１には、ノイズレベルがある閾値を超えた時（黒沈みが発生しうる時）に、ノイズレベルをリセット電源電位で置き換えて、データレベルとの差分演算を行う技術が記載されている。この技術によって、黒沈みを抑えることができる。
【特許文献１】特開２００４−１１２７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載された技術では、太陽光のような強い光が入射した場合において、データレベルとリセットレベルとの差分に基づいて画素信号が生成されるので、画素のトランジスタのばらつきが出力画像に現れることになる。
【０００６】
本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、例えば、強い光が入射した場合における画素間の特性ばらつきによる画質低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の側面は、光電変換装置に係り、前記光電変換装置は、画素と、前記画素によって駆動される画素出力線と、前記画素出力線を介して前記画素から画素信号を読み出す読み出し回路とを備える。前記画素は、光電変換部、電荷電圧変換部、活性化されることにより前記光電変換部の電荷を前記電荷電圧変換部に転送する転送ゲート、前記電荷電圧変換部をリセットするリセット部、及び、前記電荷電圧変換部の電位に基づいて前記画素出力線を駆動する増幅部を含む。前記読み出し回路は、前記電荷電圧変換部のリセット中において前記画素から前記読み出し回路に読み出される第１電位と前記電荷電圧変換部のリセット解除後かつ前記転送ゲートの活性化前において前記画素から前記読み出し回路に読み出される第２電位との差に基づいて決定される方法で、前記画素から画素信号を読み出す。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、例えば、強い光が入射した場合における画素間の特性ばらつきによる画質低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
図１は、本発明の第１実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の構成を示す図である。図１に示すような光電変換装置（固体撮像装置）１００は、増幅型固体撮像装置又は増幅型ＭＯＳセンサとも呼ばれうる。光電変換装置１００は、一次元状又は二次元状に配列された複数の画素１０１を有する。画素１０１は、入射する光に応じて画素出力線１３０を駆動する。画素１０１は、例えば、光電変換部１０２、転送ゲート１０３、電荷電圧変換部１０４、増幅トランジスタ（増幅部）１０５、リセットトランジスタ（リセット部）１０６を含みうるが、これに限定はされない。光電変換部１０２は、例えばフォトダイオードを含み、光を受けて電荷を発生する。転送ゲート１０３は、転送パルスｐｔｘの活性化に従って活性化され、光電変換部１０２で発生した電荷を電荷電圧変換部１０４に転送する。電荷電圧変換部１０４は、一般に、フローティングディフュージョンとして構成されうる。電荷電圧変換部１０４の電位は、それに転送された電荷の量によって決定される。よって、電荷電圧変換部１０４は、電荷の量を電位に変換する素子として把握されうる。増幅トランジスタ１０５は、電荷電圧変換部１０４の電圧に基づいて電荷を増幅して画素出力線１３０に出力する。
【００１０】
リセットトランジスタ１０６は、電荷電圧変換部１０４の電位を所定電位にリセットする。リセットトランジスタ１０６のソースは、電荷電圧変換部１０４及び増幅トランジスタ１０５ゲートに接続され、リセットトランジスタ１０６のドレインは、増幅トランジスタ１０５のドレインと共にドレイン線ＶＤに接続される。
【００１１】
図１では、説明の便宜のために、画素１０１の配列は、２行×２列の配列として簡略化されている。また、図１では、一例として、奇数列の画素の信号を下側の読み出し回路で読み出し、偶数列の画素の信号を上側の読み出し回路で読み出す方式の光電変換装置において上側の読み出し回路の図示が省略されている。
【００１２】
画素出力線１３０上に出力される信号は、各列に配置された読み出し回路２００によって読み出される。読み出し回路２００によって読み出された画素信号は、水平走査回路１１９による制御の下で、差動アンプ１２０に提供される。
【００１３】
図２は、図１に示す読み出し回路２００の構成例を示す図である。画素出力線１３０には、入力容量４１２を介して列アンプ４０１が接続されている。列アンプ４０１は、入力容量８と帰還容量９との比で定まる反転ゲインで画素信号線１３０上の信号を増幅する。
【００１４】
転送トランジスタ４０３は、電荷電圧変換部１０４のリセット中におけるノイズレベルであるリセット中ノイズレベルＶＮＲ（＝ｖｎ）を転送パルスｐｔｎの活性化に従って容量４０５に転送する。ここで、リセット中ノイズレベルＶＮＲ（＝ｖｎ）は、読み出し対象の画素１０１の電荷電圧変換部１０４のリセット中において該画素１０１から読み出し回路２００に読み出される電位（第１電位）である。転送トランジスタ４０４は、データレベルＶＳを転送パルスｐｔｓの活性化に従って容量４０６に転送する。
【００１５】
容量４０５は、コンパレータ４１１の一方の入力端子に接続されている。転送トランジスタ４１０は、転送パルスｐＳＷの活性化に従って、リセット後ノイズレベルＶＮ（＝ｖｎ＋ｖｎ１）をコンパレータ４１１に入力端子に転送する。ここで、リセット後ノイズレベルＶＮは、読み出し対象の画素１０１の電荷電圧変換部１０４のリセット解除後かつ転送ゲート１０３の活性化前において該画素１０１から読み出し回路２００に読み出される電位（第２電位）である。
【００１６】
スイッチトランジスタ４１２は、転送トランジスタ４１０がオンしているときに、コンパレータ４１２による比較結果によって制御される。具体的には、コンパレータ４１２による比較結果は、リセット後ノイズレベルＶＮ（第１電位）とリセット中ノイズレベルＶＮＲ（第２電位）との差分が許容値以下であるか否かを示す。スイッチトランジスタ４１２は、リセット後ノイズレベルＶＮとリセット中ノイズレベルＶＮＲとの差分が許容値以下である場合にオンし、該差分が該許容値を超えている場合にオフする。ここで、リセット後ノイズレベルＶＮとリセット中ノイズレベルＶＮＲとの差分が許容値を超えている場合として、強い光が画素１０１に入射している場合が考えられる。画素に強い光が入射すると、ノイズレベルの読み出し時に電荷電圧変換部１０４に電荷が入り込んで電荷電圧変換部１０４の電位を低下させる。
【００１７】
リセット後ノイズレベルＶＮとリセット中ノイズレベルＶＮＲとの差分が許容値以下である場合には、スイッチトランジスタ４１２がオンするので、リセット中ノイズレベルＶＮＲが読み出される経路が容量４０５に接続される。これによって、容量４０５に保持されたＶＮＲがＶＮによって書き換えられる。
【００１８】
したがって、読み出し回路２００は、リセット後ノイズレベルＶＮ（第１電位）とリセット中ノイズレベルＶＮＲ（第２電位）との差に基づいて決定される方法で、読み出し対象の画素１０１から画素信号を読み出す。
【００１９】
第ｍ列の読み出し回路２００のスイッチトランジスタ４０７、４０８のゲートには、水平走査回路１１９が発生する列選択信号ＣＳＬ（ｍ）が提供される。スイッチトランジスタ４０７、４０８は、列選択信号ＣＳＬ（ｍ）がハイレベルのときに、容量４０５に蓄積された信号ＶＮ又はＶＮＲ、容量４０６に蓄積された信号ＶＳを差動アンプ４０９に提供する。
【００２０】
この実施形態の光電変換装置１００では、読み出し対象の行の選択は、増幅トランジスタ１０５のゲートの電位を制御することによってなされる。具体的には、非選択行の増幅用トランジスタ１０５がオフするようにそのゲート電位を低くし、選択行の増幅用トランジスタ１０５がオンするようにそのゲート電位を高くすることにより行選択が行われる。画素出力線１３０は、選択された行の増幅用トランジスタ１９０と定電流負荷１０９によって形成されるソースフォロア回路の出力ノードである。画素出力線１３０は、選択された行の電荷電圧変換部１０４の電位に従った電位となる。なお、以下の説明において、"ｎ"は、光電変換装置１００の第ｎ行を意味し、"ｎ＋１"は、光電変換装置１００の第（ｎ＋１）行を意味する。
【００２１】
第ｎ行の画素読み出し期間中の画素非選択動作期間において、垂直走査回路１１０によって全行のリセット信号ｐｒｅｓ（０）、・・・、ｐｒｅｓ（ｎ）、ｐｒｅｓ（ｎ＋１）、・・・がハイレベルにされる。これにより、全画素の電荷電圧変換部１０４がドレイン線ＶＤ及びリセットトランジスタ１０６を介してローレベルにリセットされる。このときのドレイン線ＶＤは、ローレベルとなっている。
【００２２】
続いて、画素選択動作期間において、選択行（第ｎ行）を除く行のリセット信号がローレベルとなり、選択行（第ｎ行）のドレイン線ＶＤがハイレベルとなる。これにより、選択行（第ｎ行）の電荷電圧変換部１０４は、ハイレベルにリセットされる。その後、選択行（第ｎ行）のリセット信号ｐｒｅｓ（ｎ）もローレベルとなる。このとき、画素リセット状態に対応する出力（すなわち、Ｎ出力或いはノイズレベル）が画素出力線１３０に読み出される。
【００２３】
以下、図３を参照しながら図１及び図２に示す光電変換装置１００の動作を更に詳細に説明する。なお、以下では、選択行を第ｎ行として説明する。図３に示す信号は、不図示の制御回路によって生成されうる。
【００２４】
まず、電荷電圧変換部１０４をリセットするためのリセットパルスｐｒｅｓ（ｎ）がハイレベルであるときに、列アンプリセットパルスｐａｍｐ＿ｒｅｓがハイレベルにされ、列アンプ４０１がリセットされる。その後、転送パルスｐｔｎがハイレベルに活性化され、転送トランジスタ４０３を介して、容量４０５にリセット中ノイズレベルＶＮＲが書き込まれる。この時、電荷電圧変換部１０４をリセットするためのリセットパルスｐｒｅｓ（ｎ）がハイレベルになっており、リセットトランジスタ１０６がオンしているため、電荷電圧変換部１０４がリセットされ続ける。したがって、リセット中ノイズレベルＶＮＲを容量４０５に書き込んでいる際に仮に高輝度の光が画素１０１に入射したとしても、リセット中ノイズレベルＶＮＲが変動することはない。
【００２５】
次いで、リセットパルスｐｒｅｓがローレベルにされる一方で、列アンプリセットパルスｐａｍｐ＿ｒｅｓがハイレベルにされて列アンプ４０２がリセットされる。
【００２６】
その後、転送パルスｐＳＷがハイレベルに活性化されて、転送トランジスタ４１０がオンする。これにより、コンパレータ４１１の第１入力端子には、列アンプ４０１からリセット後ノイズレベルＶＮが提供され、コンパレータ４１１の第２入力端子には、容量４０５に書き込まれたリセット中ノイズレベルＶＮＲが提供される。
【００２７】
コンパレータ４１２は、リセット後ノイズレベルＶＮとリセット中ノイズレベルＶＮＲとの差分が許容値以下である場合に、スイッチトランジスタ４１２をオンさせる論理レベル、ここでは、ローレベルを出力する。コンパレータ４１２は、リセット後ノイズレベルＶＮとリセット中ノイズレベルＶＮＲとの差分が許容値を超えている場合に、スイッチトランジスタ４１２をオフさせる論理レベル、ここでは、ハイレベルを出力する。
【００２８】
スイッチトランジスタ４１２がオンする場合には、容量４０５に保持されたＶＮＲがＶＮによって書き換えられる。すなわち、容量４０５には、リセット後ノイズレベルＶＮが書き込まれる。スイッチトランジスタ４１２がオフ状態を維持する場合には、容量４０５に書き込まれたリセット中ノイズレベルＶＮＲが維持される。
【００２９】
その後、選択行の転送パルスｐｔｘ（ｎ）がハイレベルに活性化される。これによって、転送ゲート１０３が活性化されて光電変換部１０２から電荷電圧変換部１０４に電荷が伝送され、増幅トランジスタ１０５によるソースフォロア動作によって画素出力線１３０に入射光量に応じた電位が現れる。この電位は、列アンプ４０１によって増幅され、データレベルＶＳとして出力される。その後、転送パルスｐｔｓがハイレベルに活性化され、転送トランジスタ４０４を介して、容量４０６にデータレベルＶＳが書き込まれる。
【００３０】
その後、水平走査回路１１９が複数の列選択パルスＣＳＬを順にオンさせることによって、複数の列が走査される。例えば、第ｍ列の列選択パルスＣＳＬ（ｍ）がハイレベルされると、第ｍ列の読み出し回路２００のスイッチトランジスタ４０７、４０８がオンする。これによって、第ｍ列のノイズレベル（ＶＮ又はＶＮＲ）とデータレベル（ＶＳ）が差動アンプ１２０の入力端子に提供される。差動アンプ１２０は、ノイズレベル（ＶＮ又はＶＮＲ）と、データレベル（ＶＳ）とを順次差動増幅して画素信号を出力する。差動アンプ１２０がノイズレベル（ＶＮ又はＶＮＲ）とデータレベル（ＶＳ）とを差動増幅する動作は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ）動作と呼ばれる。
【００３１】
ここで、ノイズレベルの読み出し時に電荷電圧変換部１０４に電荷が入り込むような強い光が画素に入射していない通常時は、電荷電圧変換部１０４への電荷の入り込みによるノイズレベルｖｎ１は０である。よって、差動アンプ１２０の出力は、ＶＳ−ＶＮ＝（ｖｓ＋ｖｎ）−（ｖｎ＋ｖｎ１）＝ｖｓとなる。
【００３２】
一方、ノイズレベルの読み出し時に電荷電圧変換部１０４に電荷が入り込むような強い光が画素に入射している時は、スイッチトランジスタ４１２がオンして、容量４０５に保持されたＶＮＲがＶＮによって書き換えられる。よって、差動アンプ１２０の出力は、ＶＳ−ＶＮＲ＝（ｖｓ＋ｖｎ）−ｖｎ＝ｖｓとなる。
【００３３】
以上のように、この実施形態によれば、複数の画素１０１で構成される画素アレイに局所的に強い光が入射しても、その部分の画素については、ＣＤＳ動作用のノイズレベルとしてリセット中ノイズレベルＶＮＲが使用される。よって、黒沈みが効果的に抑制される。更に、この実施形態によれば、画素アレイ内の画素に強い光が入射した場合において、その画素のリセット中にその画素から読み出されるノイズレベルがＣＤＳ動作用のノイズレベルとして使用される。よって、画素間のトランジスタの特性のばらつきの影響を受け難く、画質の低下が抑制される。
【００３４】
更に、例えば、動画撮影時など、高速な画素読み出しが必要である場合、ｐＳＷをハイレベルにする期間を省略することにより、常に浮遊拡散部のリセット中のノイズレベルをＣＤＳ用のノイズレベルとして使用してもよい。
【００３５】
図４は、本発明の第２実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の構成を示す図である。図４に示すような光電変換装置（固体撮像装置）１００'は、読み出し回路２００を２００'で置き換え、差動アンプ１２０をアンプ１２０'で置き換えたものである。なお、ここで言及しない事項は、第１実施形態の説明に従いうる。
【００３６】
図５は、図４に示す読み出し回路２００'の構成例を示す図である。画素出力線１３０には、入力容量６１５、６１６を介して列アンプ６０１ａ、６０１ｂがそれぞれ接続されている。列アンプ６０１ａは、入力容量６１５と帰還容量６１７との比で定まる反転ゲインで画素信号線１３０上の信号を増幅する。列アンプ６０１ｂは、入力容量６１６と帰還容量６１８との比で定まる反転ゲインで画素信号線１３０上の信号を増幅する。
【００３７】
転送トランジスタ６０３は、電荷電圧変換部１０４のリセット解除後のノイズレベルＶＮを転送パルスｐｔｎに従って容量６０５に転送する。転送トランジスタ６０４は、データレベルＶＳを転送パルスｐｔｓの活性化に従って容量６０６に転送する。
【００３８】
列アンプ６０１ａは、リセットパルスｐａｍｐ＿ｒｅｓ＿ａによってリセットされ、その後、画素出力線１３０に現れる電位を増幅して第１差分演算電位を出力する。第１差分演算電位は、電荷電圧変換部１０４のリセット中に画素出力線１３０に現れる電位と転送ゲート１−３の活性化後に画素出力線１３０に現れる電位との差分を列アンプ６０１ａで演算した結果である。
【００３９】
差動アンプ６０９は、容量６０６に書き込まれたデータレベルＶＳと容量６０５に書き込まれたノイズレベルＶＮとの差分を演算して第２差分演算電圧を出力する。第２差分演算電圧は、電荷電圧変換部１０４のリセット解除後かつ転送ゲート１０３の活性化前において画素出力線１３０に現れる電位と転送ゲート１３０の活性化後に画素出力線１３０に現れる電位との差分を差動アンプ６０９で演算した結果である。
【００４０】
差動アンプ６０９の出力と列アンプ６０１ａの出力は、コンパレータ６１１の入力端子に提供され、コンパレータ６１１は、列アンプ６０１ａの出力と差動アンプ６０９の出力とを比較する。スイッチトランジスタ６１２、６１３は、コンパレータ６１１による比較結果によって排他的に制御される。コンパレータ６１１による比較結果は、列アンプ６０１ａの出力と差動アンプ６０９の出力との差分が許容値以下であるか否かを示す。ここで、列アンプ６０１ａの出力と差動アンプ６０９の出力との差分が許容値を超えている場合として、強い光が画素１０１に入射している場合が考えられる。画素に強い光が入射すると、ノイズレベルの読み出し時に電荷電圧変換部１０４に電荷が入り込んで電荷電圧変換部１０４の電位を低下させる。これによって、データレベルとノイズレベルとの差分を演算する差動アンプ６０９の出力が低下する。
【００４１】
列アンプ６０１ａの出力と差動アンプ６０９の出力との差分が許容値以下である場合には、スイッチトランジスタ６１２がオンし、スイッチトランジスタ６１３がオフし、差動アンプ６０９の出力がアンプ１２０'に提供される。列アンプ６０１ａの出力と差動アンプ６０９の出力との差分が許容値を超えている場合には、スイッチトランジスタ６１３がオンし、スイッチトランジスタ６１２がオフし、列アンプ６０１ａの出力がアンプ１２０'に提供される。
【００４２】
したがって、読み出し回路２００'は、列アンプ６０１ａから出力される第１差分演算電位と差動アンプ６０９から出力される第２差分演算電位との差に基づいて決定される方法で、読み出し対象の画素１０１から画素信号を読み出す。
【００４３】
以下、図６参照しながら図４及び図５に示す光電変換装置１００'の動作を更に詳細に説明する。なお、以下では、選択行を第ｎ行として説明する。図６に示す信号は、不図示の制御回路によって生成されうる。
【００４４】
まず、画素１０１の電荷電圧変換部１０４のリセット中（ｐｒｅｓがハイレベルである期間）にリセットパルスｐａｍｐ＿ｒｅｓ＿ａがハイレベルにされて、列アンプ６０１ａがリセットされる。このリセットの解除後は、列アンプ６０１ａは、電荷電圧変換部１０４のリセット中の電荷電圧変換部１０４の電位からの変動分を増幅した第１差分演算電位ｖｓｒ（＝ｖｓ）を出力する。
【００４５】
電荷電圧変換部１０４のリセットの完了した後に、リセットパルスｐａｍｐ＿ｒｅｓ＿ｂがハイレベルにされ、列アンプ６０１ｂがリセットされる。
【００４６】
その後、選択行の転送パルスｐｔｘ（ｎ）がハイレベルにされる。これによって、転送ゲート１０３がオンして光電変換部１０２から電荷電圧変換部１０４に電荷が伝送され、増幅トランジスタ１０５によるソースフォロア動作によって画素出力線１３０に入射光量に応じた電位が現れる。この電位は、列アンプ６０１ｂによって増幅され、データレベルＶＳとして出力される。その後、転送パルスｐｔｓがハイレベルされ、転送トランジスタ６０４を介して、容量６０６にデータレベルＶＳが書き込まれる。
【００４７】
その後、スイッチトランジスタ６０７、６０８がオンする。これにより、容量６０６に保持されたＶＳ（＝ｖｓ＋ｖｎ）と容量６０５に保持されたＶＮ（＝ｖｎ＋ｖｎ１）とが差動アンプ６０９に提供される。差動アンプ６０９からは、第２差分演算電位（ｖｓ−ｖｎ１）が出力される。
【００４８】
コンパレータ６１１は、列アンプ６０１ａから出力される第１差分演算電位ｖｓｒ（＝ｖｓ）と差動アンプ６０９から出力される第２差分演算電位（ｖｓ−ｖｎ１）とを比較する。第１差分演算電位ｖｓｒ（＝ｖｓ）と第２差分演算電位（ｖｓ−ｖｎ１）との差（ｖｎ１）が許容値以下である場合には、黒沈みが発生していないと判定され、コンパレータ６１１によって、スイッチトランジスタ６１２がオン、６１３がオフされる。一方、第１差分演算電位ｖｓｒ（＝ｖｓ）と第２差分演算電位（ｖｓ−ｖｎ１）との差（ｖｎ１）が許容値を超えている場合は、黒沈みが発生していると判定され、コンパレータ６１１によって、スイッチトランジスタ６１２がオフ、６１３がオンされる。このようにして、第１差分演算電位ｖｓｒ（＝ｖｓ）と第２差分演算電位（ｖｓ−ｖｎ１）との差（ｖｎ１）に応じて、列アンプ６０１ａの出力又は差動アンプ６０９の出力が画素信号として選択される。
【００４９】
その後、水平走査回路１１９が複数の列選択パルスＣＳＬを順にオンさせることによって、複数の列が走査される。例えば、第ｍ列の列選択パルスＣＳＬ（ｍ）がハイレベルされると、第ｍ列の読み出し回路２００'のスイッチトランジスタ６１９がオンする。これにより、第ｍ列の画素信号がアンプ１２０'に提供される。
【００５０】
以上のように、この実施形態によれば、複数の画素１０１で構成される画素アレイに局所的に強い光が入射しても、その部分の画素については、データレベルからノイズレベルを差し引くことなく出力する。よって、黒沈みが抑制される。ここで、データレベルからノイズレベルを差し引くことなく出力する画素については、列アンプ６０１ａの特性のばらつき（例えば、オフセットばらつき）が残りうる。しかしながら、この列アンプのオフセットばらつきについては、有効画素周辺に配置されるオプティカルブラック画素の出力を用いて補正することが可能である。
【００５１】
本発明の第１、第２実施形態によれば、光電変換装置の画素に局所的に強い光が入射した場合に、その強い光が入射した画素のノイズレベルとしてその画素自体から得られるレベルを使用してＣＤＳ動作を行うので、画素間のばらつきを抑制することができる。よって、低ノイズの画像を得ることができる。
【００５２】
図７は、本発明の好適な実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。撮像装置４００は、第１、第２実施形態の光電変換装置１００、１００'に代表される固体撮像装置１００４を備える。
【００５３】
被写体の光学像は、レンズ１００２によって固体撮像装置１００４の撮像面に結像する。レンズ１００２の外側には、レンズ００２のプロテクト機能とメインスイッチを兼ねるバリア１００１が設けられうる。レンズ１００２には、それから出射される光の光量を調節するための絞り１００３が設けられうる。固体撮像素子１００４から複数チャンネルで出力される撮像信号は、撮像信号処理回路１００５によって各種の補正、クランプ等の処理が施される。撮像信号処理回路１００５から複数チャンネルで出力される撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器６でアナログ−ディジタル変換される。Ａ／Ｄ変換器１００６から出力される画像データは、信号処理部１００７によって各種の補正、データ圧縮などがなされる。固体撮像素子１００４、撮像信号処理回路１００５、Ａ／Ｄ変換器１００６及び信号処理部１００７は、タイミング発生部１００８が発生するタイミング信号にしたがって動作する。
【００５４】
ブロック１００５〜１００８は、固体撮像素子１００４と同一チップ上に形成されてもよい。撮像装置４００の各ブロックは、全体制御・演算部１００９によって制御される。撮像装置４００は、その他、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部１０１０、記録媒体への画像の記録又は読み出しのための記録媒体制御インターフェース部１０１１を備える。記録媒体１０１２は、半導体メモリ等を含んで構成され、着脱が可能である。撮像装置４００は、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１０１３を備えてもよい。
【００５５】
次に、図７に示す撮像装置４００の動作について説明する。バリア１００１のオープンに応じて、メイン電源、コントロール系の電源、Ａ／Ｄ変換器１００６等の撮像系回路の電源が順にオンする。その後、露光量を制御するために、全体制御・演算部１００９が絞り１００３を開放にする。固体撮像装置１００４から出力された信号は、撮像信号処理回路１００５をスルーしてＡ／Ｄ変換器１００６へ提供される。Ａ／Ｄ変換器１００６は、その信号をＡ／Ｄ変換して信号処理部１００７に出力する。信号処理部１００７は、そのデータを処理して全体制御・演算部１００９に提供し、全体制御・演算部１００９において露出量を決定する演算を行う。全体制御・演算部１００９は、決定した露出量に基づいて絞りを制御する。
【００５６】
次に、全体制御・演算部１００９は、固体撮像装置１００４から出力され信号処理部１００７で処理された信号にから高周波成分を取り出して、高周波成分に基づいて被写体までの距離を演算する。その後、レンズ１００２を駆動して、合焦か否かを判断する。合焦していないと判断したときは、再びレンズ１００２を駆動し測距を行う。
【００５７】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像装置１００４から出力された撮像信号は、撮像信号処理回路１００５において補正等がされ、Ａ／Ｄ変換器１００６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部１００７で処理される。信号処理部１００７で処理された画像データは、全体制御・演算１００９によりメモリ部１０１０に蓄積される。
【００５８】
その後、メモリ部１０１０に蓄積された画像データは、全体制御・演算部９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部を介して記録媒体１０１２に記録される。また、画像データは、外部Ｉ／Ｆ部１０１３を通してコンピュータ等に提供されて処理されうる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の構成を示す図である。
【図２】図１に示す読み出し回路の構成例を示す図である。
【図３】図２に示す読み出し回路の駆動パルスを例示する図である。
【図４】本発明の第２実施形態の光電変換装置（固体撮像装置）の構成を示す図である。
【図５】図４に示す読み出し回路の構成例を示す図である。
【図６】図４に示す読み出し回路の駆動パルスを例示する図である。
【図７】本発明の好適な実施形態の撮像装置の概略構成を示す図である。
【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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