(57)【要約】【課題】固体撮像装置においてダークレベルをより安定化する。【解決手段】固体撮像装置は、受光量に応じた画素信号を出力する複数の受光画素と、画素信号の基準レベルを定めるためのダーク信号を出力する複数のオプティカルブラック画素からなるＯＢ画素領域と、画素信号及びダーク信号を読み出してクランプ回路に向けて転送する読み出し部とを備えている。読み出し部は、クランプ回路が基準レベルの引き込みに要する期間、ダーク信号を複数回読み出す基準レベル安定化動作を行う。この基準レベル安定化動作の後、読み出し部は、画素信号の読み出し動作を行う。従って、基準レベルの引き込み（即ち、ダークレベルの決定）が完了した状態で、画素信号の読み出し動作を実行できる。従って、外部回路での増幅率を増大させた場合に、ダークレベルのズレが増幅されて大きく表れるという従来課題を解消できる。【選択図】      図１
2004282236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光量に応じた画素信号を出力する複数の受光画素と、
前記画素信号の基準レベルを定めるためのダーク信号を出力する複数のオプティカルブラック画素からなるＯＢ画素領域と、
前記画素信号及び前記ダーク信号を読み出し、これら読み出した信号をクランプ回路に向けて転送する読み出し部と
を備えた固体撮像装置であって、
前記読み出し部は、
前記クランプ回路が前記基準レベルの引き込みに要する期間、前記ダーク信号を複数回読み出す基準レベル安定化動作を行い、
前記基準レベル安定化動作の後、前記画素信号の読み出し動作を行う
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像装置において、
前記読み出し部は、
前記画素信号を読み出すための第１駆動パルスを、前記複数の受光画素に入力する第１走査回路と、
前記ダーク信号を読み出すための第２駆動パルスを、前記ＯＢ画素領域に入力する第２走査回路と、
前記第１駆動パルスを出力するタイミングを規定するパルスを前記第１走査回路に入力することにより、前記第１走査回路に前記画素信号の読み出し動作を行わせ、前記第２駆動パルスを出力するタイミングを規定するパルスを前記第２走査回路に入力することにより、前記第２走査回路に前記基準レベル安定化動作を行わせるタイミングジェネレータと
を備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
受光量に応じた画素信号を出力する複数の受光画素と、
前記画素信号の基準レベルを定めるためのダーク信号を出力する複数のオプティカルブラック画素からなるＯＢ画素領域と、
前記画素信号及び前記ダーク信号を読み出し、これら読み出した信号をクランプ回路に向けて転送する読み出し部と
を備えた固体撮像素子を駆動するための、駆動装置であって、
『前記クランプ回路が前記基準レベルの引き込みに要する期間、前記ダーク信号を複数回読み出す基準レベル安定化動作』を、前記固体撮像素子に行わせる安定化動作指令部と、
前記基準レベル安定化動作の後、前記画素信号の読み出し動作を前記固体撮像素子に行わせる読み出し指令部と
を備えていることを特徴とする固体撮像素子の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置、及び固体撮像素子の駆動装置に関する。具体的には、固体撮像装置における画素信号の基準レベルを安定化する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ビデオカメラや電子カメラで使用されている固体撮像装置は、いくつかの種類に分類される。これらの中で、増幅型固体撮像装置は、高機能性及び低消費電力という点でＣＣＤ型のものより優れており、近年注目されている。
増幅型固体撮像装置では、２次元マトリクス状に配置された各画素は、受光量に応じた信号電荷を生成する光電変換部と、この信号電荷に応じた電圧（以下、画素信号という）を出力する画素アンプとを有している。画素アンプからの画素信号は、垂直信号線及び水平信号線を介して転送され、固体撮像装置の外部に出力される。
【０００３】
このような増幅型固体撮像装置は、Ｘ−Ｙアドレス方式であるため、スイッチングノイズが大きい。また、各画素に画素アンプを有しているので、固定パターンノイズも大きい。これらのノイズを除去するため、増幅型固体撮像装置は、各垂直信号線に接続されたノイズ除去回路を備え、画素信号に相関二重サンプリング処理を施している。ここでのノイズ除去回路とは、例えば、特許文献１における、各垂直信号線に接続されたクランプ容量及びクランプトランジスタである。
【０００４】
ところで、固体撮像装置は、撮影時の温度に拘わらず画素信号の基準レベルを一定にするため、遮光された（または、フォトダイオードが形成されていない）画素を有している。本明細書では、この画素（光学的黒部、または、Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｂｌａｃｋ）をＯＢ画素と略記する。そして、ＯＢ画素から出力される信号（以下、ダーク信号という）は、画素信号の基準レベルを定めるために用いられる。
具体的には、ダーク信号は、固体撮像装置から出力された後、アナログ信号処理回路に入力される。アナログ信号処理回路は、ダーク信号のレベルにより、画素信号の基準レベル、即ち、黒色に相当する信号レベル（以下、ダークレベルという）を決定する。
【０００５】
前記したアナログ信号処理回路は、動作状態になってから安定した信号を出力するまでにある程度の時間を要するので、撮影前においても動作状態にしておく必要がある。このため、どの行も画素信号を読み出すために選択されていない状態でも、垂直信号線及び水平信号線の各スイッチやノイズ除去回路を動作させている。これにより、アナログ信号処理回路も動作させて、画像データとは関係のない信号を出力させている（例えば、特許文献２参照）。以下、この動作を空読み動作という。
【０００６】
また、ダーク信号は、温度変化により変動することがあり、高周波のノイズを含んでいる。高周波のノイズを含むダーク信号から、安定なダークレベルを得ることは困難である。このため、複数の行に亘って形成されたＯＢ画素からの各ダーク信号を、アナログ信号処理回路内で平均化することで、安定なダークレベルを定めている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−７７６４２号公報  （第７−８項、第１図）
【特許文献２】
特開２０００−２７８６１６号公報  （第４−５項、第６−８図）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
増幅型固体撮像装置は、通常照度での撮影においての使用では、極めて優れている。しかし、極めて低い照度での撮影において使用する場合、外部回路での増幅率を大幅に増大させる必要があるので、ダークレベルの僅かなズレ（変動）が増幅されて、大きく表れるおそれがあった。このため、極めて低い照度での撮影においては、ダークレベルを安定化することが特に望まれていた。
【０００９】
そこで、本発明は、固体撮像装置においてダークレベルをより安定化する技術を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の固体撮像装置は、複数の受光画素と、ＯＢ画素領域と、読み出し部とを備えている。各受光画素は、受光量に応じた画素信号を出力する。ＯＢ画素領域は、画素信号の基準レベルを定めるためのダーク信号を出力する複数のオプティカルブラック画素からなる。読み出し部は、画素信号及びダーク信号を読み出し、これら読み出した信号をクランプ回路に向けて転送する。また、読み出し部は、クランプ回路が基準レベルの引き込みに要する期間、ダーク信号を複数回読み出す基準レベル安定化動作を行う。この基準レベル安定化動作の後、読み出し部は、画素信号の読み出し動作を行う。
【００１１】
請求項２の固体撮像装置は、請求項１記載の発明において、以下の点を特徴とする。第１に、読み出し部は、画素信号を読み出すための第１駆動パルスを複数の受光画素に入力する第１走査回路を備えている。第２に、読み出し部は、ダーク信号を読み出すための第２駆動パルスをＯＢ画素領域に入力する第２走査回路を備えている。第３に、読み出し部は、タイミングジェネレータを備えている。このタイミングジェネレータは、第１駆動パルスを出力するタイミングを規定するパルスを第１走査回路に入力することにより、第１走査回路に画素信号の読み出し動作を行わせる。さらに、タイミングジェネレータは、第２駆動パルスを出力するタイミングを規定するパルスを第２走査回路に入力することにより、第２走査回路に基準レベル安定化動作を行わせる。
【００１２】
請求項３の固体撮像素子の駆動装置は、受光画素とＯＢ画素領域と読み出し部とを備えた固体撮像素子を駆動するための、駆動装置である。ここで、各受光画素は、受光量に応じた画素信号を出力する。ＯＢ画素領域は、画素信号の基準レベルを定めるためのダーク信号を出力する複数のオプティカルブラック画素からなる。読み出し部は、画素信号及びダーク信号を読み出し、これら読み出した信号をクランプ回路に向けて転送する。本請求項の発明は、安定化動作指令部と、読み出し指令部とを備えていることを特徴とする。安定化動作指令部は、『クランプ回路が基準レベルの引き込みに要する期間、ダーク信号を複数回読み出す基準レベル安定化動作』を、固体撮像素子に行わせる。読み出し指令部は、基準レベル安定化動作の後、画素信号の読み出し動作を固体撮像素子に行わせる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、各図において、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
＜第１の実施形態の構成＞
図１は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置のブロック図を示している。本実施形態は、請求項１及び請求項３に対応する。固体撮像装置２は、固体撮像素子４と、固体撮像素子４に駆動パルス電圧を入力する駆動パルス発生回路６（請求項３記載の、『固体撮像素子の駆動装置』に対応）と、固体撮像素子４の出力信号を処理するアナログ信号処理回路８とで構成されている。
アナログ信号処理回路８は、コンデンサＣと、ＤＣ再生回路（請求項記載のクランプ回路に対応）１０と、サンプルホールド回路１２と、ゲインコントロールアンプ１４と、Ａ／Ｄ変換回路１６とで構成されている。
【００１４】
図２は、前記した固体撮像素子４の構成を示す平面模式図である。なお、図中のＶＳＳは接地線である。固体撮像素子４は、定電流源２０ａ〜２０ｎと、ｍ行ｎ列からなる多数の画素２４と、各画素２４に列毎に接続されている垂直信号線２６ａ〜２６ｎと、各画素２４を行毎に駆動する垂直走査回路２８と、列バッファアンプ３０ａ〜３０ｎと、相関二重サンプル容量Ｃｃ１〜Ｃｃｎと、相関二重サンプルトランジスタＱｃ１〜Ｑｃｎと、列選択トランジスタＱｏｐｔ１〜Ｑｏｐｔｎと、水平リセットトランジスタＱＨｒｅｓと、出力バッファアンプ３４と、水平信号線３８と、アンドゲートＡＧ１〜ＡＧｎと、水平走査回路４２とで構成されている。なお、各要素の符号の最後のａ、ｍ、ｎ等は、どの行または列に配置されているかを示すものであるので、適宜省略する。
【００１５】
アンドゲートＡＧは、一方の入力端子に水平ゲートパルス電圧φＧＨを受ける。
列選択トランジスタＱｏｐｔは、水平ゲートパルス電圧φＧＨが高レベルのとき、アンドゲートＡＧを介して水平走査回路４２から水平読み出しパルス電圧φＨｏｐｔをゲートに受ける。列選択トランジスタＱｏｐｔは、水平読み出しパルス電圧φＨｏｐｔに応じて、垂直信号線２６を水平信号線３８に接続する。
【００１６】
水平リセットトランジスタＱＨｒｅｓは、ゲートに受ける水平リセットパルス電圧φＨｒｅｓに応じて、水平信号線３８を一定電圧Ｖｒｅｆにリセットする。
画素２４は、フォトダイオードＰＤと、Ｐチャネル型の転送用トランジスタＱｆｗと、Ｐチャネル型のリセットトランジスタＱｒｓｇと、Ｎチャネル型の接合型電界効果トランジスタＪＦＥＴ（以下、ＪＦＥＴと略記）とを有している。なお、各行のｎ列目の画素２４、及び１行目と２行目の全ての画素２４は、前記したＯＢ画素として形成されている。また、ＯＢ画素以外の画素２４は、請求項記載の『受光画素』に対応するので、適宜、『受光画素』と区別して表記する。
【００１７】
リセットトランジスタＱｒｓｇのソースは一定電圧Ｖｒｓｄを印加され、ＪＦＥＴのドレインは一定電圧ＶＤを印加される。転送用トランジスタＱｆｗは、垂直走査回路２８により、ゲートに駆動パルス電圧φＴＧ１〜φＴＧｍを印加される。また、リセットトランジスタＱｒｓｇは、垂直走査回路２８により、ゲートに駆動パルス電圧φＲＳＧ１〜φＲＳＧｍを印加される。
【００１８】
＜第１の実施形態の動作説明＞
図３は、本実施形態の固体撮像装置２の動作の一例を示すタイミング図である。図において、『固体撮像素子の出力信号』は、ｎ列目以外の列のいずれかにおける、各行の画素信号である（即ち、３行目以降に受光画素を有する列。図２参照）。『クランプ出力』は、アナログ信号処理回路８のＤＣ再生回路１０の出力信号の波形である（図１参照）。『クランプパルス』は、ＤＣ再生回路１０に入力されるパルス信号、即ち、クランプタイミングを規定するパルス信号の波形である。以下、図２及び図３を用いて、固体撮像装置２の動作を説明する。
【００１９】
まず、駆動パルス発生回路６は、従来と同様の空読み動作を固体撮像素子４に行わせる。この空読み動作が行われている期間（後述するクロック信号ＣＬＫＶ２が高レベルに切り替わるまで）を『空読み期間ＴＶ』とする。
次に、駆動パルス発生回路６は、垂直走査回路２８における不図示の垂直シフトレジスタを駆動するために、スタートパルスＳＴＶを垂直走査回路２８に入力する。これにほぼ同期して、駆動パルス発生回路６は、クロック信号ＣＬＫＶ１、ＣＬＫＶ２を垂直走査回路２８に順次入力する。これにより、固体撮像素子４の１行（この例では、図２の１行目）が選択される。但し、ここで選択される行は、ＯＢ画素のみで構成されている行にする。また、このクロック信号ＣＬＫＶ２が高レベルに切り替わった後、２行目が選択されるまでを『１行目選択期間Ｔ１』とする。
【００２０】
なお、クロック信号ＣＬＫＶ２が高レベルに切り替わった直後において、駆動パルス発生回路６は、垂直走査回路２８に入力するパルス電圧ＲＳＧを低レベルにしておくことで、全行の駆動パルス電圧φＲＳＧ１〜φＲＳＧｍを低レベルにしている。このため、１行目が選択された直後において、リセットトランジスタＱｒｓｇがオンしているので、全行のＪＦＥＴのゲート電圧はＶｒｓｄにリセットされている。
【００２１】
次に、駆動パルス発生回路６は、パルス電圧ＲＳＧを高レベルに切り替える。これにより、垂直シフトレジスタにより選択されている１行目の各画素２４に出力される駆動パルス電圧φＲＳＧ１は、高レベルに切り替わる。このため、１行目の各リセットトランジスタＱｒｓｇがオフするので、１行目の各ＪＦＥＴのゲートはフローティング状態に切り替わる。この結果、１行目の各ＪＦＥＴは、そのソースから垂直信号線２６に、固定パターンノイズ成分に相当する電圧または信号電圧を出力可能な状態になる。
【００２２】
次に、駆動パルス発生回路６は、ノイズ成分蓄積パルスφＣを高レベルに切り替えて、相関二重サンプルトランジスタＱｃ１〜Ｑｃｎをオンさせる。これにより、１行目の各画素２４が有する固定パターンノイズ成分を相関二重サンプル容量Ｃｃ１〜Ｃｃｎにそれぞれ蓄積させる。この後、駆動パルス発生回路６は、ノイズ成分蓄積パルスφＣを低レベルに切り替える。
【００２３】
次に、駆動パルス発生回路６は、垂直走査回路２８に入力するパルス電圧ＴＧを低レベルに切り替える。これにより、垂直シフトレジスタにより選択されている１行目の各画素２４に出力される駆動パルス電圧φＴＧ１は、低レベルに切り替わる。このため、１行目の各転送用トランジスタＱｆｗはオンする。従って、フォトダイオードＰＤの信号電荷はＪＦＥＴのゲートに転送される。この後、１行目の各ＪＦＥＴは、転送された信号電荷の量に応じた信号電圧（固定パターンノイズ成分を含む）をソースから垂直信号腺２６に出力する。
【００２４】
なお、ここでの信号電圧は、ＯＢ画素からなる１行目のものであるので、ダーク信号である。このダーク信号に含まれる固定パターンノイズ成分は、φＣが高レベルの期間中に相関二重サンプル容量Ｃｃ１〜Ｃｃｎに蓄積させた固定パターンノイズ成分により、相殺される（相関二重サンプリング処理）。
この後、駆動パルス発生回路６は、パルス電圧ＴＧを高レベルに戻して、垂直走査回路２８に駆動パルス電圧φＴＧ１を高レベルに切り替えさせる。
【００２５】
次に、駆動パルス発生回路６は、水平ゲートパルス電圧φＧＨ及び水平読み出しパルス電圧φＨｏｐｔを高レベルにする。これにより、水平走査回路４２内の不図示の水平シフトレジスタが１つずつ順送りにオンしていく。このため、アンドゲートＡＧ１〜ＡＧｎの一方の入力端子に、高レベルの電圧が１つずつ順送りに入力されていく。従って、列選択トランジスタＱｏｐｔ１〜Ｑｏｐｔｎは、１つずつ順送りにオンしていく（但し、２つ以上が同時にオンすることはない）。この結果、１行目の各ダーク信号から各固定パターンノイズ成分を除いた信号が、出力バッファアンプ３４から順次出力される。
【００２６】
なお、水平信号線３８は、水平リセットトランジスタＱＨｒｅｓ及び水平リセットパルス電圧φＨｒｅｓにより、１つの画素信号ごとに一定電圧Ｖｒｅｆにリセットされる。
次に、駆動パルス発生回路６は、１行目が選択されたままの状態で（クロック信号ＣＬＫＶ１、ＣＬＫＶ２を入力せず、垂直シフトレジスタが先へ進まないようにして）、１行目のダーク信号の読み出し動作を繰り返す。ここで繰り返す動作（以下、繰り返し動作という）は、『駆動パルス電圧φＲＳＧを低レベルにしてから、１行目のダーク信号を出力バッファアンプ３４から出力させるまでの動作』、即ち、『図３における縦の破線で区切られた期間の動作』である。この繰り返し動作は、請求項記載の基準レベル安定化動作に対応する。
【００２７】
繰り返し動作は、ＤＣ再生回路１０が１行目のダーク信号に基づいて基準レベル（ダークレベル）を安定に定めるまで行われる。即ち、図３で、クランプパルスが高レベルの期間のクランプ出力が、破線で示した基準レベルに一致するまでの期間である。
そして、繰り返し動作の後、画像データを生成するための画素信号の読み出し動作を行う。即ち、図３の例では、３回の読み出しを行っている１行目選択期間Ｔ１において、始めの２回は繰り返し動作であり、最後の１回はダーク信号の読み出し動作である。そして、１行目選択期間Ｔ１の後、２行目以降が順次選択されて、各行の受光画素から画素信号が読み出される。
【００２８】
なお、繰り返し動作を何回行うかは、例えば、予め設定しておけばよい。この回数は、測定結果により決めてもよいし、計算により決定してもよい。具体的には、ダーク信号のレベルがとり得る範囲を推定し、ＤＣ再生回路１０の回路構成から、ＤＣ再生回路１０の引き込みに要する期間（ダーク信号を受け始めてから、ダーク信号のレベルに基づいてダークレベルを決定するまでの期間）を算出すればよい。
或いは、アナログ信号処理回路８内にＤＣ再生回路１０の引き込み動作が安定したことを検出する検出回路を設け、引き込みが完了した時点で、繰り返し動作を終了させるようにしてもよい。
【００２９】
＜従来課題の原因解析＞
本発明者は、従来の固体撮像装置におけるダークレベルのズレの原因を解明した。本実施形態の作用効果の説明の前に、この原因解析について図４及び図５を用いて説明する。
【００３０】
ここで、図４は、固体撮像素子４における画素２４内の信号電荷が固体撮像素子４外に出力されるまでの経路を示す回路図である。図中のＶＳＳは接地線を示し、ＶＣＣは電源線を示している（各電源線は同じ電圧とは限らない）。
また、図５は、従来の駆動パルス発生回路により、固体撮像素子４を動作させる場合のタイミング図の一例である。図において、ＴＶは空読み動作が行われている期間である。また、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５は、それぞれ１行目（ＯＢ画素のみの行）、２行目（ＯＢ画素のみの行）、３行目、４行目、５行目が選択されている期間である。
【００３１】
空読み動作を十分にしていれば、アナログ信号処理回路８のＤＣ再生回路１０は、安定した状態で動作する。このため、ＴＶの期間とＴ１の期間の『クランプ出力』は、同じレベルになるはずである。
【００３２】
しかし、従来の駆動方法では、図５のように、ＴＶの期間とＴ１の期間とで、クランプ出力に差が生じてしまう。この結果、（３行目以降の）受光画素からの画素信号が出力される時になっても、ダークレベルに差が生じて出力画像に影響を与えることを、本発明者は見出した。この差の原因としては、以下のことが考えられる。
【００３３】
空読み動作時では、駆動パルス電圧φＲＳＧ１〜φＲＳＧｍが常に低レベルであるので、各ＪＦＥＴのゲートは、一定電圧Ｖｒｓｄにされている。このとき、垂直信号線２６に出力される全てのＪＦＥＴのソース電圧は、『通常動作時（駆動パルス電圧φＲＳＧ１〜φＲＳＧｍが順次高レベルにされる場合）』よりも低い。このため、垂直信号線２６に接続されている電流源２０の正極側端子の電圧は、電流源２０が動作できる限界近くの値まで下がっている。従って、列バッファアンプ３０は、入力電圧が低いため、出力電圧も非常に低い。即ち、空読み動作時の列バッファアンプ３０の出力インピーダンスは、『通常動作時』よりも高いと考えられる。
【００３４】
『通常動作時』では、ノイズ成分蓄積パルスφＣを高レベルに切り替えて、相関二重サンプルトランジスタＱｃをオンさせると、相関二重サンプル容量Ｃｃにおける列バッファアンプ３０側の電極の充電電圧は、
（固定パターンノイズ成分−Ｖｒｅｆ）
となる。次に、ノイズ成分蓄積パルスφＣが低レベルに切り替わる。このとき、列バッファアンプ３０の出力インピーダンスが十分低いので、相関二重サンプルトランジスタＱｃは、速くオフに切り替わる。オフに切り替わった後、信号電圧が読み出される。このとき、相関二重サンプル容量Ｃｃにおける列選択トランジスタＱｏｐｔ側の電極の充電電圧は、
［信号電圧−（固定パターンノイズ成分−Ｖｒｅｆ）］
となる。
【００３５】
しかし、列バッファアンプ３０の出力インピーダンスが高いと、ノイズ成分蓄積パルスφＣを高レベルに切り替えても、相関二重サンプルトランジスタＱｃは、そのゲート−ドレイン間の寄生容量に蓄積された電荷の放電に時間を要する。このため、空読み動作時では、相関二重サンプルトランジスタＱｃは、オンからオフに十分速く切り替わらないと考えられる。
【００３６】
従って、空読み動作時では、相関二重サンプルトランジスタＱｃが完全にオフする前に、相関二重サンプル容量Ｃｃは、後から読み出される電圧により、さらに少し充電される。即ち、空読み動作時では、信号電圧に含まれる固定パターンノイズ成分を相殺するために予め相関二重サンプル容量Ｃｃに充電させる電圧は、『通常動作時』より高くなる。この結果、空読み動作時の出力信号はＯＢ画素から直接読み出されるダーク信号よりも僅かに低いレベルになることを、本発明者は解明した。
【００３７】
このような空読み動作時の出力信号とダーク信号のレベル差は、撮像感度が高い程、即ち、ゲインコントロールアンプ１４のゲインが高い程、増幅されて大きく表れる。さらに、本発明者は、ＯＢ画素からなる行を従来よりも多数回選択して読み出した後、通常の画素信号の読み出しを行えば、上述の不具合が低減されることを見出した。
【００３８】
＜第１の実施形態の効果＞
本実施形態と従来の駆動方法との主な違いは、『本実施形態では、１行目の選択期間を他の行の選択期間より長くすることにより、ＤＣ再生回路１０の引き込みに必要な期間中、１行目を繰り返して読み出す”繰り返し動作”を追加した』ことである。この場合、１行目の選択期間中、垂直信号線２６の電位はダーク信号の読み出し電位となるので、列バッファアンプ３０の出力インピーダンスは、通常に走査したときと変わらない。
【００３９】
このため、ＤＣ再生回路１０によるダークレベルの決定が完了してから、２行目以降が順次選択されて、画像データを生成するための画素信号の読み出しが行われる。従って、画素信号の読み出しを開始する前に、ダークレベルを十分に安定させることができる。
即ち、画素信号の読み出し中にダークレベルが変動することはないので、外部回路（この例では、ゲインコントロールアンプ１４）での増幅率を大幅に増大させても、ダークレベルのズレが増幅されて大きく表れることはない。この結果、極めて低い照度での撮影においても、良好な画像信号を得ることができる。
【００４０】
＜第１の実施形態の補足事項＞
［１］  なお、第１の実施形態では、１行目に対して繰り返し動作を行い、ダークレベルの安定化を図る例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。繰り返し動作の対象となる行は、ＯＢ画素のみを有する行であれば、１行目以外でもよい。
但し、繰り返し動作の対象となる行は、本実施形態で用いた１行目のように、走査の時間的順番が始めの行であることが望ましい。
また、１行のみを繰り返し動作の対象としなくてもよい。例えば、１行目と２行目を交互に選択して、１行目と２行目に対して繰り返し動作を行ってもよい。但し、繰り返し動作の対象となる行は、ＯＢ画素のみを有することが条件になる。
【００４１】
［２］  垂直シフトレジスタは、スタティックのシフトレジスタでも、ダイナミックのシフトレジスタでもよい。
ダイナミックのシフトレジスタを使用する場合、１つの行に対する繰り返し動作の期間を、レジスタの保持期間より短くする必要がある。この場合、上述のように複数行に対して繰り返し動作を行うことで、ＤＣ再生回路１０の安定化時間（ＤＣ再生回路１０が引き込みに要する時間）を稼げばよい。
【００４２】
具体的には、１つの行に対する繰り返し動作を開始後、レジスタ保持時間よりも短い所定時間を経過したとき、クロック信号ＣＬＫＶ１、ＣＬＫＶ２を入力して別の行を選択し、新たに選択した行に対して繰り返し動作を行えばよい。
このように複数行に対して繰り返し動作を行う形態は、ＤＣ再生回路１０の安定化時間が長い場合に有効である。
【００４３】
［３］  垂直シフトレジスタにスタティックの素子を使用する場合、１行を選択後、時間的にほぼ無制限に繰り返し動作を行うことができる。この場合、繰り返し動作の時間を、アナログ信号処理回路８の出力信号が安定する程度に十分長くすれば、空読み動作を省略してもよい。この場合も、１行のみを繰り返し動作の対象とする必要はなく、ＯＢ画素のみからなる複数の行のいずれかを常時選択することで、繰り返し動作を行ってもよい。
【００４４】
［４］  各行のｎ列目の画素２４、及び１行目と２行目の全ての画素２４がＯＢ画素として形成されている例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。ＯＢ画素にする領域は他の部分でもよい。但し、前記した理由から、１行目を全てＯＢ画素にして繰り返し動作の対象にすることが望ましい。
【００４５】
［５］  固体撮像素子４と、駆動パルス発生回路６と、アナログ信号処理回路８とで固体撮像装置２が構成されている例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。固体撮像素子４と駆動パルス発生回路６のみで固体撮像装置を構成してもよい。この場合、外部のアナログ信号処理回路を固体撮像装置に接続する構成となる。即ち、請求項記載のクランプ回路は、固体撮像装置の外部のものであっても、内部のものであってもよい。
【００４６】
［６］  最後に、請求項と本実施形態との対応関係を説明する。なお、以下に示す対応関係は、参考のための一解釈であり、本発明を限定するものではない。
請求項記載のオプティカルブラック画素は、ＯＢ画素に対応する。
請求項記載のＯＢ画素領域は、１行目の画素２４に対応する。
請求項記載の安定化動作指令部は、『繰り返し動作（基準レベル安定化動作）を固体撮像素子４に行わせる駆動パルス発生回路６の機能』に対応する。
【００４７】
請求項記載の読み出し指令部は、『繰り返し動作の後、画像データを生成するための画素信号の読み出し動作を固体撮像素子４に行わせる駆動パルス発生回路６の機能』に対応する。
請求項記載の読み出し部は、『上述した繰り返し動作、及び画素信号の読み出し動作を固体撮像素子４に行わせる駆動パルス発生回路６の機能』に対応する。
【００４８】
＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態における固体撮像素子の構成を示す平面模式図である。本実施形態は、請求項１〜請求項３に対応する。本実施形態の構成は、以下の２点を除いて第１の実施形態と同じであるため、重複する説明（図１に相当する構成図、画素信号の読み出し動作等）を省略する。
【００４９】
第１に、固体撮像素子は、ＯＢ画素のみで構成された専用ＯＢ画素行（０行目とする）と、専用ＯＢ画素行のみを走査する専用走査回路６０とをさらに有している。専用ＯＢ画素行の各ＯＢ画素は、垂直走査回路２８に接続されてはおらず、専用走査回路６０に接続されていることを除き、第１の実施形態のＯＢ画素と同じである。専用走査回路６０は、駆動パルス電圧φＲＳＧ０、φＴＧ０を出力して、専用ＯＢ画素行から垂直信号線２６にダーク信号を読み出す。
【００５０】
第２に、駆動パルス発生回路は、専用走査回路６０もさらに駆動するため、後述するように第１の実施形態と機能が異なる。
このため、本実施形態では、固体撮像装置を６２、固体撮像素子を６４、駆動パルス発生回路を６６と区別して表記する。
【００５１】
＜第２の実施形態の動作説明＞
図７は、本実施形態の固体撮像装置６２の動作の一例を示すタイミング図である。以下、図６及び図７を用いて、固体撮像装置６２の動作を説明する。
まず、駆動パルス発生回路６０は、第１の実施形態と同様の空読み動作を固体撮像素子６４に行わせる。第１の実施形態と同様に、この期間を「空読み期間ＴＶ」とする。
【００５２】
次に、駆動パルス発生回路６６は、専用走査回路６０に入力する専用行選択パルスＯＰＴを高レベルに切り替えて、専用走査回路６０に０行目の走査を開始させる。また、駆動パルス発生回路６６は、クロック信号ＣＬＫＶ１、ＣＬＫＶ２を垂直走査回路２８に入力する。なお、この時点ではスタートパルスＳＴＶがまだ入力されていないので、垂直走査回路２８はいずれの行も選択しない。クロック信号ＣＬＫＶ２が高レベルに切り替わった後、１行目が選択されるまでを「０行目選択期間Ｔ０」とする。
【００５３】
また、第１の実施形態と同様に、クロック信号ＣＬＫＶ２が高レベルに切り替わった直後、全行のＪＦＥＴのゲート電圧はＶｒｓｄにリセットされている。
次に、専用走査回路６０は、駆動パルス電圧φＲＳＧ０を高レベルにして、０行目のＯＢ画素のＪＦＥＴのゲートをフローティング状態に切り替える。
次に、駆動パルス発生回路６６は、ノイズ成分蓄積パルスφＣを高レベルに切り替えて、０行目のＯＢ画素の固定パターンノイズ成分を相関二重サンプル容量Ｃｃに蓄積させる。この後、駆動パルス発生回路６６は、ノイズ成分蓄積パルスφＣを低レベルに戻す。
【００５４】
次に、専用走査回路６０は、駆動パルス電圧φＴＧ０を低レベルに切り替える。これにより、０行目の各ＯＢ画素のＪＦＥＴは、ダーク信号を出力する。この後、信号電圧から固定パターンノイズ成分を除いた信号が、出力バッファアンプ３４から順次出力される。この後、専用走査回路６０は、駆動パルス電圧φＴＧ０を高レベルに戻す。
【００５５】
次に、専用行選択パルスＯＰＴを高レベルにした状態で、０行目からのダーク信号の読み出し動作を繰り返す（以下、ここで繰り返す動作を、第１の実施形態と同様に、繰り返し動作という）。このとき、クロック信号ＣＬＫＶ１、ＣＬＫＶ２も入力されるが、垂直走査回路２８はどの行も選択しない。繰り返し動作は、ＤＣ再生回路１０の引き込みに要する期間中（０行目のダーク信号によりダークレベルが定められるまで）行われる。
【００５６】
そして、繰り返し動作の後、駆動パルス発生回路６６は、専用行選択パルスＯＰＴを低レベルに切り替えて、０行目からの読み出しを停止する。
次に、駆動パルス発生回路６６は、スタートパルスＳＴＶを垂直走査回路２８に入力する。この後、垂直走査回路２８は、１行目以降を順次選択して、１行目以降の画素信号を順次読み出す。
【００５７】
＜第２の実施形態の効果＞
以上、第２の実施形態においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、本実施形態では、ダークレベルを安定化するための専用ＯＢ画素行、及び専用ＯＢ画素行を走査する専用走査回路６０を設けた。専用走査回路６０は、専用ＯＢ画素行のみを選択するので、シフトレジスタでなくてもよいため、スタティックな素子で簡単に構成できる。従って、ＤＣ再生回路１０の安定化時間が長くても、ＯＢ画素からなる別の行を選択して繰り返し動作を続けるなどの特別な走査をすることなく、ダークレベルを安定化できる。
【００５８】
＜第２の実施形態の補足事項＞
［１］  なお、第２の実施形態では、駆動パルス発生回路６６が専用走査回路６０に専用行選択パルスＯＰＴを入力することで、専用ＯＢ画素行を走査する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、専用走査回路６０と垂直走査回路２８とを連動させて、駆動パルス発生回路６６が専用走査回路６０を直接駆動しないようにしてもよい。
【００５９】
具体的には、垂直シフトレジスタが動作していない期間、即ち、垂直シフトレジスタが最終行を選択してからスタートパルスＳＴＶが入力されるまでの期間、専用走査回路６０が専用ＯＢ画素行を走査するようにして、専用行選択パルスＯＰＴを省略してもよい。
【００６０】
［２］  空読み動作を行う例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。例えば、繰り返し動作の時間を、アナログ信号処理回路８の出力信号が安定する程度に十分長くすれば、空読み動作を省略できる。
【００６１】
［３］  最後に、請求項と本実施形態との対応関係を説明する。なお、以下に示す対応関係は、参考のための一解釈であり、本発明を限定するものではない。
請求項記載のＯＢ画素領域は、専用ＯＢ画素行（０行目）に対応する。
請求項記載の『タイミングジェネレータ』及び『固体撮像素子の駆動装置』は、駆動パルス発生回路６６に対応する。
請求項記載の第１駆動パルスは、駆動パルス電圧φＲＳＧ３〜φＲＳＧｍと、駆動パルス電圧φＴＧ３〜φＴＧｍと、水平読み出しパルス電圧φＨｏｐｔに応じて水平走査回路４２がアンドゲートに入力する電圧とに対応する。なお、これに対応する動作説明の一部は、重複するため、第１の実施形態のみに記載した。
【００６２】
請求項記載の第１走査回路は、垂直走査回路２８及び水平走査回路４２に対応する。
請求項記載の第２駆動パルスは、駆動パルス電圧φＲＳＧ０及び駆動パルス電圧φＴＧ０に対応する。
請求項記載の第２走査回路は、専用走査回路６０に対応する。
【００６３】
請求項記載の『第１駆動パルスを出力するタイミングを規定するパルス』は、『駆動パルス発生回路６６が垂直走査回路２８に入力するパルス電圧ＲＳＧ、パルス電圧ＴＧ、スタートパルスＳＴＶ、クロック信号ＣＬＫＶ１、ＣＬＫＶ２』に対応する。なお、これに対応する動作説明の一部は、重複するため、第１の実施形態のみに記載した。
【００６４】
請求項記載の『第２駆動パルスを出力するタイミングを規定するパルス』は、『駆動パルス発生回路６６が専用走査回路６０に入力する専用行選択パルスＯＰＴ、クロック信号ＣＬＫＶ１、ＣＬＫＶ２』に対応する。
【００６５】
【発明の効果】
本発明では、クランプ回路が基準レベルの引き込みに要する期間、ＯＢ画素領域からダーク信号を複数回読み出す動作を行い、この期間の後、画素信号の読み出し動作を行う。このため、基準レベルの引き込み（即ち、ダークレベルの決定）が完了した状態で、画素信号の読み出し動作を実行できる。従って、外部回路での増幅率を増大させた場合に、ダークレベルのズレが増幅されて大きく表れるという従来課題を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１における固体撮像素子の構成を示す平面模式図である。
【図３】第１の実施形態の固体撮像装置の動作の一例を示すタイミング図である。
【図４】図２の固体撮像素子における画素内の信号電荷が画素信号として出力されるまでの経路を示す回路図である。
【図５】従来の駆動パルス発生回路により、固体撮像素子を動作させる場合のタイミング図の一例である。
【図６】本発明の第２の実施形態における固体撮像素子の構成を示す平面模式図である。
【図７】第２の実施形態の固体撮像装置の動作の一例を示すタイミング図である。
【符号の説明】
２  固体撮像装置
４  固体撮像素子
６  駆動パルス発生回路
８  アナログ信号処理回路
１０  ＤＣ再生回路
１２  サンプルホールド回路
１４  ゲインコントロールアンプ
１６  Ａ／Ｄ変換回路
２０  定電流源
２４  画素
２６ａ〜２６ｎ  垂直信号線
２８  垂直走査回路
３０ａ〜３０ｎ  列バッファアンプ
３４  出力バッファアンプ
３８  水平信号線
４２  水平走査回路
６０  専用走査回路
６２  固体撮像装置
６４  固体撮像素子
６６  駆動パルス発生回路
ＡＧ１〜ＡＧｎ  アンドゲート
Ｃ  コンデンサ
Ｃｃ１〜Ｃｃｎ  相関二重サンプル容量
ＱＨｒｅｓ  水平リセットトランジスタ
Ｑｃ１〜Ｑｃｎ  相関二重サンプルトランジスタ
Ｑｏｐｔ１〜Ｑｏｐｔｎ  列選択トランジスタ
【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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【図６】
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【図７】
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