(57)【要約】【課題】高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能な固体撮像装置を提供する。【解決手段】本発明の固体撮像装置は、被写体光を受光するための有効画素部２と、黒レベル相当信号を出力するための遮光された遮光画素部１と、を具備しており、前記有効画素部１の出力の他に、前記遮光画素部２の出力または所定の基準電圧のいずれかを選択的に出力することを特徴とする。【選択図】    図１
2004320346.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、
光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、を具備し、前記有効信号用光電変換部の出力の他に、前記基準信号用光電変換部の出力または所定の基準電圧のいずれかを選択的に出力する、
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
各画素毎のリセットばらつきを抑圧するノイズ抑圧回路を更に具備し、前記基準信号用光電変換部の出力または所定の基準電圧の切換えは、前記ノイズ抑圧回路の駆動信号の変更によって行うことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記所定の基準電圧は、前記基準信号用光電変換部に印加する電圧であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、
光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、
少なくとも前記基準信号用光電変換部の出力または所定の基準電圧を切換えるスイッチ部と、
を具備し、前記基準信号用光電変換部からの出力信号の読出し可否を選択可能としたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
被写体像を光電変換して有効画像信号を出力する有効信号用光電変換部と、
所定の手順により撮像した画面内の輝度値を所定値と比較する判定部と、
光学黒レベル相当信号を出力する遮光された基準信号用光電変換部と、
前記基準信号用光電変換部の出力、または所定の基準電圧のいずれかを参照して前記有効画像信号に含まれるノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧部と、
を具備し、前記ノイズ抑圧部は、前記判定部によって前記撮像画面内の輝度値が所定値以上であると判定されたとき所定の基準電圧を出力することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、
光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、
上記有効信号用光電変換部、基準信号用光電変換部から延出された各垂直信号ラインに接続されたクランプ容量、サンプルホールドスイッチ、クランプスイッチ、サンプルホールド容量を少なくとも有しており、各画素毎のリセットばらつきを抑圧するためのノイズ抑圧回路と、
を具備し、上記基準信号用光電変換部から延出された垂直信号ラインのサンプルホールドスイッチ、クランプスイッチを駆動制御することで、上記基準信号用光電変換部用のサンプルホールド容量に当該基準信号用光電変換部の出力または所定の基準電圧を保持し、出力することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、
光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、
上記有効信号用光電変換部、基準信号用光電変換部から延出された各垂直信号ラインに接続されたリセット信号用容量、リセット信号用スイッチ、光信号用容量、光信号用スイッチを少なくとも有しており、各画素毎のリセットばらつきを抑圧するためのノイズ抑圧回路と、
を具備し、上記リセット信号用スイッチ、光信号用スイッチを駆動制御することで、所定の場合には、上記リセット信号用容量及び光信号用容量の双方にリセット信号成分を保持させ、出力することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
上記所定の場合とは、上記被写体光の入射光量が大きい場合であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、
光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、
上記有効信号用光電変換部、基準信号用光電変換部から延出された各垂直信号ラインに接続された容量を少なくとも有しており、各画素毎のリセットばらつきを抑圧するためのノイズ抑圧回路と、
上記有効信号用光電変換部に電源を供給する第１の電源ラインと、
上記基準信号用光電変換部に電源を供給する第２の電源ラインと、
を具備し、所定の場合には、上記第２の電源ラインにより上記基準信号用光電変換部から延出された垂直信号ラインの電位をＧＮＤに固定し、上記基準信号用光電変換部から延出された垂直信号ラインに接続された容量に所定の基準電圧を保持し、出力することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１０】
上記所定の場合とは、上記被写体光の入射光量が大きい場合であることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、
光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、
各画素毎のリセットばらつきを抑圧するノイズ抑圧回路と、
上記ノイズ抑圧回路の出力を増幅する出力アンプと、
を具備し、上記基準信号用光電変換部の画素信号成分もしくは該信号成分とは異なる上記出力アンプのリセットレベルを選択的に基準にして、上記有効信号用光電変換部の信号出力レベルを補正することを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、有効信号用光電変換部と黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部とを有し、当該基準信号用光電変換部からの出力信号等に基づいて有効信号用光電変換部の信号出力レベルを補正する固体撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、固体撮像装置を用いて撮像を行う場合には、リセット時の画素出力ばらつきを補正する必要があり、相関二重サンプリング処理（以下、ＣＤＳと略記する）がなされる。さらに、映像信号の黒レベルを一定にするために暗電流に起因する誤差信号（暗電流成分）を映像信号から差し引く必要があり、この暗電流成分を検出するために遮光画素（オプティカルブラック；以下、これをＯＢと略記する）からの出力信号（以下、ＯＢ信号と称する）が参照される。
【０００３】
しかしながら、全面的に極めて高輝度なシーンや、スポット光のような高輝度点光源が含まれるシーンを撮像する場合には、ＯＢ信号レベルが変動する場合があり、変動したＯＢ信号を用いて黒レベル補正を行うと映像信号に破綻をきたすこととなる。尚、従来技術としては、受光面に配列した受光素子から構成されて画素信号を生成する実効画素領域の近辺の複数箇所にＯＢ領域を設け、両領域から画素信号を読み出し、黒レベル補正後の画像信号の部分的なレベル低下を防止することとした撮像装置に関する技術がある（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２９０８４１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述したような状況に対応すべく、上記特許文献１等によって、幾つかの技術が開示されているものの、いずれも本質的な課題の解決には至っていない。
【０００６】
本発明は、このような技術課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能な固体撮像装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様では、被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、を具備し、前記有効信号用光電変換部の出力の他に、前記基準信号用光電変換部の出力または所定の基準電圧のいずれかを選択的に出力する、ことを特徴とする固体撮像装置が提供される。第１の態様において、各画素毎のリセットばらつきを抑圧するノイズ抑圧回路を更に具備させ、前記基準信号用光電変換部の出力または所定の基準電圧の切換えを、前記ノイズ抑圧回路の駆動信号の変更により行うようにしてもよい。更に、第１の態様において、前記所定の基準電圧を、前記基準信号用光電変換部に印加する電圧であることとしてもよい。このような第１の態様によれば、高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能である。
【０００８】
そして、本発明の第２の態様では、被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、少なくとも前記基準信号用光電変換部の出力または所定の基準電圧を切換えるスイッチ部と、を具備し、前記基準信号用光電変換部からの出力信号の読出し可否を選択可能としたことを特徴とする固体撮像装置が提供される。このような第２の態様によれば、高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能である。更に、第２の態様によれば、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することも可能である。
【０００９】
さらに、本発明の第３の態様では、被写体像を光電変換して有効画像信号を出力する有効信号用光電変換部と、所定の手順により撮像した画面内の輝度値を所定値と比較する判定部と、光学黒レベル相当信号を出力する遮光された基準信号用光電変換部と、前記基準信号用光電変換部の出力、または所定の基準電圧のいずれかを参照して前記有効画像信号に含まれるノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧部と、を具備し、前記ノイズ抑圧部は、前記判定部によって前記撮像画面内の輝度値が所定値以上であると判定されたとき所定の基準電圧を出力することを特徴とする固体撮像装置が提供される。この第３の態様によれば、高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能である。更に、チップ面積の増加をもたらすこともない。
【００１０】
そして、本発明の第４の態様では、被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、上記有効信号用光電変換部、基準信号用光電変換部から延出された各垂直信号ラインに接続されたクランプ容量、サンプルホールドスイッチ、クランプスイッチ、サンプルホールド容量を少なくとも有しており、各画素毎のリセットばらつきを抑圧するためのノイズ抑圧回路と、を具備し、上記基準信号用光電変換部から延出された垂直信号ラインのサンプルホールドスイッチ、クランプスイッチを駆動制御することで、上記基準信号用光電変換部用のサンプルホールド容量に当該基準信号用光電変換部の出力または所定の基準電圧を保持し、出力することを特徴とする固体撮像装置が提供される。このような第４の態様によれば、高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能である。更に、このような第４の態様によれば、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することも可能である。
【００１１】
さらに、本発明の第５の態様では、被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、上記有効信号用光電変換部、基準信号用光電変換部から延出された各垂直信号ラインに接続されたリセット信号用容量、リセット信号用スイッチ、光信号用容量、光信号用スイッチを少なくとも有しており、各画素毎のリセットばらつきを抑圧するためのノイズ抑圧回路と、を具備し、上記リセット信号用スイッチ、光信号用スイッチを駆動制御することで、所定の場合には、上記リセット信号用容量及び光信号用容量の双方にリセット信号成分を保持させ、出力することを特徴とする固体撮像装置が提供される。この第５の態様において、上記所定の場合を、上記被写体光の入射光量が大きい場合としてもよい。このような第５の態様によれば、高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能であり、チップ面積の増加を最小限に抑えることができ、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができ、差分処理により電源ノイズやＧＮＤノイズ等による特性劣化を抑えることが可能である。
【００１２】
そして、本発明の第６の態様では、被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、上記有効信号用光電変換部、基準信号用光電変換部から延出された各垂直信号ラインに接続された容量を少なくとも有しており、各画素毎のリセットばらつきを抑圧するためのノイズ抑圧回路と、上記有効信号用光電変換部に電源を供給する第１の電源ラインと、上記基準信号用光電変換部に電源を供給する第２の電源ラインと、を具備し、所定の場合には、上記第２の電源ラインにより上記基準信号用光電変換部から延出された垂直信号ラインの電位をＧＮＤに固定し、上記基準信号用光電変換部から延出された垂直信号ラインに接続された容量に所定の基準電圧を保持し、出力することを特徴とする固体撮像装置が提供される。この第６の態様において、上記所定の場合を、上記被写体光の入射光量が大きい場合としてもよい。このような第６の態様によれば、高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能であり、チップ面積の増加を最小限に抑えることができ、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮できる。
【００１３】
さらに、本発明の第７の態様では、被写体光を受光するための有効信号用光電変換部と、光学黒レベル相当信号を出力するための遮光された基準信号用光電変換部と、各画素毎のリセットばらつきを抑圧するノイズ抑圧回路と、上記ノイズ抑圧回路の出力を増幅する出力アンプと、を具備し、上記基準信号用光電変換部の画素信号成分もしくは該信号成分とは異なる上記出力アンプのリセットレベルを選択的に基準にして、上記有効信号用光電変換部の信号出力レベルを補正することを特徴とする固体撮像装置が提供される。このような第７の態様によれば、高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能であり、チップ面積の増加を最小限に抑えることができ、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、ＣＤＳと黒クランプとを処理するため、基準信号用光電変換部（遮光画素部）の遮光画素からの画素信号又は基準信号（基準電圧）とを切換え出力可能とし、高輝度条件であるときには遮光画素からの画素信号に代えて基準レベル信号を出力することを特徴の一つとするものである。以下、これをふまえて、各実施形態につき詳述する。
【００１６】
（第１実施形態）
図１には、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の構成を示し説明する。
【００１７】
図１において、ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ３３は、行列配置（マトリクス配置）された画素を示している。これら画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ３３のうち、ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３により遮光画素部１が構成され、ＰＩＸ２１〜ＰＩＸ２３，ＰＩＸ３１〜ＰＩＸ３３により有効画素部２が構成されている。この遮光画素部１の各画素は、その表面が例えばアルミニウム等の遮光性の膜で被覆されている。
【００１８】
遮光画素部１は、黒レベルに対応した信号を出力するものとして、有効画素部２は、被写体光を受光して電荷を発生するものとして、それぞれ機能する。
【００１９】
符号３は、行ラインＨ１〜Ｈ３を順次走査して、遮光画素部１及び有効画素部２からの画素信号を順次に読み出す垂直走査回路を示している。この垂直走査回路３中に示したφＶ１〜φＶ３は、行選択信号を意味している。符号４は、遮光画素部１及び有効画素部２より垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３を介して送られた画素信号からノイズ成分を抑圧するノイズ抑圧回路を示している。
【００２０】
トランジスタＭ３１〜Ｍ３３は、ノイズ抑圧回路４からの画素信号を選択して読み出すための水平選択スイッチを示している（以下、これらを「水平選択スイッチ」と称する）。水平選択スイッチＭ３１〜Ｍ３３の、各ゲートは水平走査回路５の列選択信号φＨ１〜φＨ３の各出力端子に接続されている。
【００２１】
水平走査回路５は、水平選択スイッチＭ３１〜Ｍ３３を順次に駆動するためのものであり、水平走査回路５中に示したφＨ１〜φＨ３は、列選択信号を意味している。出力アンプ６は、水平選択スイッチＭ３１〜Ｍ３３を介して送られたノイズ抑圧回路４の出力信号を増幅するためのものである。尚、各画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ３３には、行ラインＨ１〜Ｈ３、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３以外の他のラインも接続されているが、説明の簡略化のために図示を省略する。
【００２２】
以下、図２のタイミングチャートを参照して、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の出力信号読み出し動作について詳述する。
【００２３】
先ず、図２（ａ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作を詳細に説明する。
【００２４】
垂直走査回路３において“Ｈ”レベルの行選択信号φＶ１により遮光画素ＰＩＸ１１、有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１が選択され、それぞれの画素信号が垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３を介してノイズ抑圧回路４に入力され、ノイズを抑圧された画素信号が得られる。このとき、ノイズ抑圧回路４のＣＤＳ１〜ＣＤＳ３に遮光画素ＰＩＸ１１と有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の画素信号成分を保持する。その後、水平走査回路５により“Ｈ”レベルの列選択信号φＨ１〜φＨ３を順次出力することで、ノイズ抑圧回路４に蓄積された遮光画素ＰＩＸ１１、遮光画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１のそれぞれの画素信号成分を水平選択スイッチＭ３１，Ｍ３２，Ｍ３３を介して時系列的に読み出し、出力アンプ６を介して出力する。この例では、遮光画素ＰＩＸ１１の信号出力レベルを基準として有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の信号出力レベルを補正する。
【００２５】
次に、図２（ｂ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置に関して、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。垂直走査回路３において“Ｈ”レベルの行選択信号φＶ１により遮光画素ＰＩＸ１１、有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１が選択され、それぞれの画素信号が垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３を介してノイズ抑圧回路４に入力される。
【００２６】
このとき、ノイズ抑圧回路４のＣＤＳ１には遮光画素ＰＩＸ１１の画素信号成分とは異なる基準信号成分を保持させ、ＣＤＳ２〜ＣＤＳ３には有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の画素信号成分を保持させる。その後に、水平走査回路５により“Ｈ”レベルの列選択信号φＨ１〜φＨ３を順次出力することで、ノイズ抑圧回路４に蓄積された、基準信号成分と有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１それぞれの画素信号成分を水平選択スイッチＭ３１，Ｍ３２，Ｍ３３を介して時系列的に読み出し、出力アンプ６を介して出力する。この例では、遮光画素ＰＩＸ１１の画素信号成分とは異なる基準信号成分を基準にして、有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の信号出力レベルを補正することとしている。
【００２７】
以上説明したように、第１実施形態では、スポット光や太陽光等の非常に強い光が入射した場合には、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の信号成分とは異なる基準信号成分を出力することとしているので、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を得ることができる。また、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力レベルと遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力データとは異なる基準信号レベルを両方出力する必要が無いので、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
図３には、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の構成を示し説明する。
【００２９】
ここでは、第１実施形態（図１）と同一の構成要素については同一の符号を付して、異なる部分を中心に説明し、重複した説明は省略する。
【００３０】
図３において、ＲＳ１〜ＲＳ３は第１の行選択線である画素リセットラインであり、ＴＲ１〜ＴＲ３は第２の行選択線であるＰＤ信号転送ラインであり、ＳＥＬ１〜ＳＥＬ３は第３の行選択線である画素出力選択ラインである。各ラインに送られる画素リセット信号、ＰＤ信号転送信号、画素出力選択信号は、それぞれφＲＳ１〜φＲＳ３、φＴＲ１〜φＴＲ３、φＳＥＬ１〜φＳＥＬ３で示す。
【００３１】
符号７は、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２１１〜Ｍ２３３と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３３３に電源を供給する画素電源ラインである。
【００３２】
そして、遮光画素部１と有効画素部２を構成する各画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ３３は、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３３と、このフォトダイオードＤ１１〜Ｄ３３の電荷を転送させて読み出す転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１１〜Ｍ１３３と、転送された電荷をリセットするためのリセット用ＭＯＳトランジスタＭ２１１〜Ｍ２３３と、上記フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３３の電荷を増幅するための増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３３３と、行を選択するための選択用ＭＯＳトランジスタＭ４１１〜Ｍ４３３と、からなる。
【００３３】
より詳細には、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２１１，Ｍ２２１，Ｍ２３１の各ゲートは画素リセットラインＲＳ１に接続され、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２１２，Ｍ２２２，Ｍ２３２の各ゲートは画素リセットラインＲＳ２に接続され、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２１３，Ｍ２２３，Ｍ２３３の各ゲートは画素リセットラインＲＳ３に接続されている。
【００３４】
更に、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１１，Ｍ１２１，Ｍ１３１の各ゲートはＰＤ信号転送ラインＴＲ１にそれぞれ接続され、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１２，Ｍ１２２，Ｍ１３２の各ゲートはＰＤ信号転送ラインＴＲ２にそれぞれ接続され、転用用ＭＯＳトランジスタＭ１１３，Ｍ１２３，Ｍ１３３の各ゲートはＰＤ信号転送ラインＴＲ３にそれぞれ接続されている。
【００３５】
そして、選択用ＭＯＳトランジスタＭ４１１，Ｍ４２１，Ｍ４３１の各ゲートは画素出力選択ラインＳＥＬ１にそれぞれ接続され、選択用ＭＯＳトランジスタＭ４１２，Ｍ４２２，Ｍ４３２のゲートは画素出力選択ラインＳＥＬ２にそれぞれ接続され、選択用ＭＯＳトランジスタＭ４１３，Ｍ４２３，Ｍ４３３のゲートは画素出力選択ラインＳＥＬ３にそれぞれ接続されている。
【００３６】
垂直走査回路３からは、画素リセット信号φＲＳ１〜φＲＳ３、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１〜φＴＲ３、及び画素出力選択信号φＳＥＬ１〜φＳＥＬ３が出力され、これら信号により上記各部が駆動制御されることとなる。
【００３７】
符号Ｖ１〜Ｖ３は、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３１３、Ｍ３２１〜Ｍ３２３，Ｍ３３１〜Ｍ３３３の出力信号を取り出すための垂直信号ラインをそれぞれ示している。そして、符号Ｉ４１〜Ｉ４３は、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３をバイアスするための電流源をそれぞれ示している。
【００３８】
ノイズ抑圧回路４は、各垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３に接続されたクランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３、サンプルホールドスイッチＭ１１〜Ｍ１３、クランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３からなる。
【００３９】
クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３は、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３のリセットレベルを記憶するものである。そして、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３は、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３の振幅成分を蓄積するためのものである。
【００４０】
サンプルホールドスイッチＭ１１〜Ｍ１３は、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３の信号をサンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３に伝えるためのものであり、当該サンプルホールドスイッチＭ１１〜Ｍ１３の各ゲートはサンプルホールド制御ラインＳＨに接続され、サンプルホールド制御信号により駆動制御される。
【００４１】
クランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３は、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３とサンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３のうちのいずれか一方の端子電位をクランプ電圧ライン８より供給される基準電位に設定するためのものであり、当該クランプスイッチＭ２１のゲートはクランプ制御ラインＣＬ２に接続されており、クランプ制御信号φＣＬ２により駆動制御される。そして、クランプスイッチＭ２２，Ｍ２３の各ゲートはクランプ制御ラインＣＬ１に接続されており、クランプ制御信号φＣＬ１により駆動制御されるように構成されている。
【００４２】
サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３とクランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３の各接続点は、水平選択スイッチＭ３１〜Ｍ３３を介して出力アンプ９に接続されている。そして、水平選択スイッチＭ３１〜Ｍ３３の各ゲートは、水平走査回路５の列選択信号φＨ１〜φＨ３の出力端子に接続されている。
【００４３】
以下、図４のタイミングチャートを参照して、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の出力信号の読み出し動作について詳述する。
【００４４】
先ず、図４（ａ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作を詳細に説明する。
【００４５】
各画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ３３のフォトダイオードＤ１１〜Ｄ３３に光が入射されると、各々のフォトダイオードＤ１１〜Ｄ３３は光信号電荷を発生し蓄積する。そして、この蓄積された画素信号は、垂直走査回路３によって垂直走査されながら行毎に順次垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３に読み出される。
【００４６】
先ず、１行目の画素を選択する場合について動作を説明する。
【００４７】
初めに、画素出力選択信号φＳＥＬ１を“Ｈ”レベルとし、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１を、行選択用ＭＯＳトランジスタＭ４１１，Ｍ４２１，Ｍ４３１を介して、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３、電流源Ｉ４１〜Ｉ４３に接続する。フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１からの光信号電荷の読み出しに先立って、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｈ”レベルとし、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２１１，Ｍ２２１，Ｍ２３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートを画素電源にリセットする。
【００４８】
また、サンプルホールド制御信号φＳＨとクランプ制御信号φＣＬ１〜φＣＬ２を共に“Ｈ”レベルとし、サンプルホールドスイッチＭ１１〜Ｍ１３及びクランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３を介して、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３とサンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３の端子電位をクランプ電圧ライン８の電位に初期化する。次に、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｌ”レベルに復帰させることで、画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートとを切り離す。このタイミングで垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３のリセット信号成分をクランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３に蓄積する。
【００４９】
これによって、リセットノイズ及び増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１の素子ばらつきを含んだリセット信号成分がクランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３に蓄積される。次いで、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３への信号蓄積が終了した後には、クランプ制御信号φＣＬ１〜φＣＬ２を“Ｌ”レベルとし、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３とクランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３のそれぞれの接続点を高インピーダンス状態とする。
【００５０】
その後、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｈ”レベルとし、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１の光信号電荷を転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１１，Ｍ１２１，Ｍ１３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートに転送する。そして、この転送終了後に、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートとを切り離す。
【００５１】
このタイミングで、垂直ラインＶ１〜Ｖ３に表れるリセット信号成分と光信号成分の差電圧である電位変動が、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３、及びサンプルホールドスイッチＭ１１〜Ｍ１３を介してサンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３に蓄積される。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨを“Ｌ”レベルに復帰させることで、遮光画素ＰＩＸ１１と有効画素ＰＩＸ２１〜ＰＩＸ３１の全ての画素セルの光信号成分がサンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３に保持されることになる。こうして、水平走査回路５から列選択信号φＨ１〜φＨ３を順次“Ｈ”レベルとすることで、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３に保持されている電圧が水平選択スイッチＭ３１〜Ｍ３３を介して読み出され、出力アンプ６を介して順次に出力される。
【００５２】
以上で、第１行目に接続された画素セルの読み出しを完了する。この第２実施形態では、遮光画素ＰＩＸ１１の信号出力レベルを基準にして、有効画素ＰＩＸ２１とＰＩＸ３１の信号出力レベルを補正する。以下、前述したのと同様に、垂直走査回路３からの行選択信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しを完了する。
【００５３】
次に、図４（ｂ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置に関して、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。尚、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３にリセット信号成分を蓄積するところまでは図４（ａ）と同じであるので、重複した説明を省略する。
【００５４】
さて、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３への蓄積が終了した後、クランプ制御信号φＣＬ１を“Ｌ”レベルとし、サンプルホールド容量ＣＳＨ２，ＣＳＨ３とクランプスイッチＭ２２，Ｍ２３のそれぞれの接続点を高インピーダンス状態とする。一方、クランプ制御信号φＣＬ２は“Ｈ”レベルを保持し、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプルホールド容量ＣＳＨ１の端子電位は依然としてクランプ電圧ライン８の電位で固定される。その後、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｈ”レベルとし、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１の光信号電荷を、転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１１，Ｍ１２１，Ｍ１３１を介して、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートに転送する。
【００５５】
そして、この転送終了後に、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートとを切り離す。
【００５６】
このとき、垂直ラインＶ２，Ｖ３に表れるリセット信号成分と光信号成分の差電圧である電位変動が、クランプ容量ＣＣＬ２，ＣＣＬ３及びサンプルホールドスイッチＭ１２，Ｍ１３を介してサンプルホールド容量ＣＳＨ２，ＣＳＨ３に蓄積される。一方で、クランプ制御信号φＣＬ２は“Ｈ”レベルを保持し、クランプ容量ＣＣＬ１とサンプルホールド容量ＣＳＨ１の端子電位は依然としてクランプ電圧ライン８の電位で固定される。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨを“Ｌ”レベルに復帰させ、引き続きクランプ制御信号φＣＬ２を“Ｌ”レベルとすることで、サンプルホールド容量ＣＳＨ１にはクランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルが、サンプルホールド容量ＣＳＨ２，ＣＳＨ３には有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の光信号成分がそれぞれ保持される。
【００５７】
最後に、水平走査回路５から列選択信号φＨ１〜φＨ３を順次“Ｈ”レベルとすることで、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３に保持されている電圧が水平選択スイッチＭ３１〜Ｍ３３を介して読み出され、出力アンプ６を介して順次に出力される。以上で第１行目に接続された画素セルの読み出しを完了する。
【００５８】
この第２実施形態では、クランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルを基準にして、有効画素ＰＩＸ２１とＰＩＸ３１の信号出力レベルを求補正する。以下、前述したのと同様に、垂直走査回路３からの行選択信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しを完了する。
【００５９】
以上説明したように、第２実施形態では、スポット光や太陽光等の非常に強い光が入射した場合、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の信号成分とは異なる基準信号レベルを出力することにより、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を得ることができる。さらに、ノイズ抑圧回路４の制御ラインを１本追加し、駆動タイミングを変更するだけで、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３からの信号成分を出力するか基準信号レベルを出力するか選択可能となるので、チップ面積の増加を最小限に抑えることができる。また、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力レベルと遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力データとは、異なる基準信号レベルを両方出力する必要が無いので、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。
【００６０】
（第３実施形態）
図５には、本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置の構成を示し説明する。
【００６１】
ここでは、第２実施形態（図３）と同一の構成要素については同一の符号を付して、異なる部分を中心に説明し、重複した説明は省略する。
【００６２】
図５において、第３実施形態に係る固体撮像装置は、ノイズ抑圧回路４に関して異なる駆動方法を採用している。
【００６３】
即ち、先に説明した第２実施形態では、サンプルホールドスイッチＭ１１〜Ｍ１３のゲートは、いずれもサンプルホールド制御ラインＳＨに接続されていたが、第３実施形態では、サンプルホールドスイッチＭ１１のゲートはサンプルホールド制御ラインＳＨ２に、サンプルホールドスイッチＭ１２，Ｍ１３の各ゲートはサンプルホールド制御ラインＳＨ１にそれぞれ接続されている。
【００６４】
即ち、第３実施形態では、サンプルホールドスイッチＭ１１はサンプルホールド制御信号φＳＨ２により駆動制御され、サンプルホールドスイッチＭ１２，Ｍ１３はサンプルホールド制御信号φＳＨ１により駆動制御される。
【００６５】
さらに、先に説明した第２実施形態では、クランプスイッチＭ２１のゲートはクランプ制御ラインＣＬ２に接続され、クランプスイッチＭ２２，Ｍ２３のゲートはクランプ制御ラインＣＬ１に接続されていたが、この第３実施形態では、クランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３のゲートはクランプ制御ラインＣＬに接続されている。即ち、クランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３は、いずれもクランプ制御信号φＣＬにより駆動制御される。その他は、図３と同様である。
【００６６】
先ず、図６（ａ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作を説明する。この場合、サンプルホールド制御信号φＳＨ１，φＳＨ２を、図４（ａ）におけるサンプルホールド制御信号φＳＨと同じタイミングで、クランプ制御信号φＣＬを、図４（ａ）におけるクランプ制御信号φＣＬ１と同じタイミングでそれぞれ駆動することで、図４（ａ）と同一の駆動タイミングとなるので、ここでは重複した説明は省略する。
【００６７】
次に、図６（ｂ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置に関して、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。尚、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３にリセット信号成分を蓄積するところまでは、図４（ａ）と同じであるので、重複した説明を省略する。
【００６８】
さて、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３への蓄積が終了した後、クランプ制御信号φＣＬを“Ｌ”レベルとし、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３とクランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３のそれぞれの接続点を高インピーダンス状態とする。これに引き続き、サンプルホールド制御信号φＳＨ２を“Ｌ”レベルに復帰させ、サンプルホールド容量ＣＳＨ１にクランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルを保持する。
【００６９】
その後、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｈ”レベルとし、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１の光信号電荷を転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１１，Ｍ１２１，Ｍ１３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートに転送する。そして、この転送終了後に、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートを切り離す。
【００７０】
このタイミングで、垂直信号ラインＶ２，Ｖ３に表れるリセット信号成分と光信号成分の差電圧である電位変動が、クランプ容量ＣＣＬ２，ＣＣＬ３及びサンプルホールドスイッチＭ１２，Ｍ１３を介してサンプルホールド容量ＣＳＨ２，ＣＳＨ３に蓄積される。
【００７１】
一方、サンプルホールド容量ＣＳＨ１は、クランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルを保持し続ける。その後、サンプルホールド制御信号φＳＨ１を“Ｌ”レベルに復帰させることで、サンプルホールド容量ＣＳＨ１にはクランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルが、サンプルホールド容量ＣＳＨ２，ＣＳＨ３には有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の光信号成分がそれぞれ保持される。最後に、水平走査回路５から列選択信号φＨ１〜φＨ３を順次“Ｈ”レベルとすることで、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３に保持されている電圧が水平選択スイッチＭ３１〜Ｍ３３を介して読み出され、出力アンプ６を介して順次に出力される。以上で、第１行目に接続された画素セルの読み出しを完了する。
【００７２】
第３実施形態では、クランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルを基準にして、有効画素ＰＩＸ２１とＰＩＸ３１の信号出力レベルを補正する。以下、前述したのと同様に、垂直走査回路３からの行選択信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しを完了する。
【００７３】
以上説明したように、第３実施形態では、スポット光や太陽光等の非常に強い光が入射した場合、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の信号成分とは異なる基準信号レベルを出力することにより、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を得ることができる。さらに、ノイズ抑圧回路４の制御ラインを１本追加し駆動タイミングを変更するだけで、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３からの信号成分を出力するか基準信号レベルを出力するか選択可能となるので、チップ面積の増加最小限に抑えることができる。また、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力レベルと遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力データとは異なる基準信号レベルを両方出力する必要が無いので、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。
【００７４】
（第４実施形態）
図７には、本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の構成を示し説明する。
【００７５】
ここでは、第２実施形態（図３）と同一の構成要素については同一の符号を付して、異なる部分を中心に説明し、重複した説明は省略する。
【００７６】
図７において、第４実施形態に係る固体撮像装置は、ノイズ抑圧回路４に関して異なる駆動方法を採用している。即ち、各垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３には、リセット信号用スイッチＭ４１〜Ｍ４３、光信号用スイッチＭ５１〜Ｍ５３、リセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３、光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３が設けられている。リセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３は、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３のリセットレベルを記憶するものである。光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３は、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３の光信号レベルを記憶するものである。リセット信号用スイッチＭ４１〜Ｍ４３の各ゲートは、リセット信号サンプル制御ラインＳＨＲに接続され、リセット信号サンプル制御信号φＳＨＲにより駆動制御される。光信号用スイッチＭ５１のゲートは、光信号サンプル制御ラインＳＨＳ２に接続され、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ２により駆動制御される。光信号用スイッチＭ５２，Ｍ５３の各ゲートは、光信号サンプル制御ラインＳＨＳ１に接続され、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ１により駆動制御される。符号Ｍ６１〜Ｍ６３、及びＭ７１〜Ｍ７３は、リセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３、及び光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３に保持された信号を読み出す水平選択スイッチを示している。符号９は、リセット成分と光信号成分の差分をとる差動回路を示している。その他は、図３と同様である。
【００７７】
先ず、図８（ａ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号読み出し動作を説明する。
【００７８】
各画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ３３のフォトダイオードＤ１１〜Ｄ３３に光が入射されると、各々のフォトダイオードＤ１１〜Ｄ３３は光信号電荷を発生し蓄積する。そして、この蓄積された画素信号は、垂直走査回路３によって垂直走査されながら行毎に順次垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３に読み出される。
【００７９】
先ず、１行目の画素を選択する場合について動作を説明する。
【００８０】
初めに、画素出力選択信号φＳＥＬ１を“Ｈ”レベルとし、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１を行選択用ＭＯＳトランジスタＭ４１１，Ｍ４２１，Ｍ４３１を介して、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３及び電流源Ｉ４１〜Ｉ４３に接続する。そして、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１からの光信号電荷の読み出しに先立って、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｈ”レベルとし、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２１１，Ｍ２２１，Ｍ２３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１、Ｍ３３１のゲートを画素電源にリセットすることとしている。次いで、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートとを切り離すことになる。
【００８１】
引き続き、リセット信号サンプル制御信号φＳＨＲを“Ｈ”レベルにして、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３のリセット信号成分をリセット信号用スイッチＭ４１〜Ｍ４３を介してリセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３に蓄積する。リセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３への蓄積が終了した後には、リセット信号サンプル制御信号φＳＨＲを“Ｌ”レベルに復帰させ、蓄積されたリセット信号成分をリセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３に保持させる。
【００８２】
その後、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｈ”レベルとし、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１の光信号電荷を転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１１，Ｍ１２１，Ｍ１３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートに転送する。この転送終了後、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートを切り離す。
【００８３】
これに引き続き、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ１，φＳＨＳ２を“Ｈ”レベルにして、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３の光信号成分を光信号用スイッチＭ５１〜Ｍ５３を介して光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３に蓄積する。光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３への蓄積が終了した後、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ１，φＳＨＳ２を“Ｌ”レベルに復帰させ、蓄積された光信号成分を光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３に保持させる。最後に、水平走査回路５から列選択信号φＨ１〜φＨ３を順次“Ｈ”レベルとすることで、リセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３と光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３に保持されている電圧が、水平選択スイッチＭ６１〜Ｍ６３，Ｍ７１〜Ｍ７３を介して差動回路９に読み出される。そして、差動回路９では、リセット信号成分と光信号成分の差分が取られ、センサ出力ラインＯＵＴに順次出力される。
【００８４】
以上で、第１行目に接続された画素セルの読み出しを完了する。第４実施形態では、遮光画素ＰＩＸ１１の信号出力レベルを基準にして、有効画素ＰＩＸ２１とＰＩＸ３１の信号出力レベルを求補正する。以下、前述したのと同様に、垂直走査回路３からの信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しを完了する。
【００８５】
次に、図８（ｂ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置に関して、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。初めに、画素出力選択信号φＳＥＬ１を“Ｈ”レベルとし、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１を行選択用ＭＯＳトランジスタＭ４１１，Ｍ４２１、Ｍ４３１を介して、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３及び電流源Ｉ４１〜Ｉ４３に接続する。
【００８６】
そして、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１からの光信号電荷の読み出しに先立って、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｈ”レベルとし、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２１１，Ｍ２２１，Ｍ２３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートを画素電源にリセットする。
【００８７】
次に、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートを切り離す。これに引き続き、リセット信号サンプル制御信号φＳＨＲを“Ｈ”レベルにし、垂直信号ラインＶ１〜Ｖ３のリセット信号成分をリセット信号用スイッチＭ４１〜Ｍ４３を介してリセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３に蓄積する。
【００８８】
これと同時に、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ２を“Ｈ”レベルにして、垂直信号ラインＶ１のリセット信号成分を光信号用スイッチＭ５１を介して光信号用容量ＣＳＨＳ１に蓄積する。そして、リセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３への蓄積、及び光信号用容量ＣＳＨＳ１への蓄積が終了した後、リセット信号サンプル制御信号φＳＨＲと光信号サンプル制御信号φＳＨＳ２を“Ｌ”レベルに復帰させ、蓄積されたリセット信号成分をリセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３と光信号用容量ＣＳＨＳ１に保持させる。
【００８９】
その後、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｈ”レベルとし、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１の光信号電荷を転送用ＭＯＳトランジスタＭ１１１、Ｍ１２１，Ｍ１３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートに転送する。この転送終了後に、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートとを切り離す。これに引き続き、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ１を“Ｈ”レベルにして、垂直信号ラインＶ２，Ｖ３の光信号成分を光信号用スイッチＭ５２，Ｍ５３を介して光信号用容量ＣＳＨＳ２，ＣＳＨＳ３に蓄積する。
【００９０】
そして、光信号用容量ＣＳＨＳ２，ＣＳＨＳ３への蓄積が終了した後、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、蓄積された光信号成分を光信号用容量ＣＳＨＳ２，ＣＳＨＳ３に保持させる。最後に、水平走査回路５から列選択信号φＨ１〜φＨ３を順次“Ｈ”レベルとすることで、リセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３と光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３に保持されている電圧が、水平選択スイッチＭ６１〜Ｍ６３，Ｍ７１〜Ｍ７３を介して差動回路９に読み出される。差動回路９では、リセット信号成分と光信号成分の差分が取られ、センサ出力ラインＯＵＴに順次出力される。
【００９１】
以上で、第１行目に接続された画素セルの読み出しを完了する。
【００９２】
第４実施形態では、リセット信号用容量ＣＳＨＲ１と光信号用容量ＣＳＨＳ１にはともにリセット信号成分が保持されているので、差分回路８の出力はゼロとなる。この差分回路８のゼロ出力を基準にして、有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の信号出力レベルを補正する。以下、前述したのと同様に、垂直走査回路３からの信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しを完了する。
【００９３】
以上説明したように、第４実施形態では、スポット光や太陽光等の非常に強い光が入射した場合、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の信号成分とは異なる基準信号レベルを出力することにより、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を得ることができる。さらに、ノイズ抑圧回路４の制御ラインを１本追加し駆動タイミングを変更するだけで、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３からの信号成分を出力するか基準信号レベルを出力するか選択可能となるので、チップ面積の増加最小限に抑えることができる。また、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力レベルと遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力データとは異なる基準信号レベルを両方出力する必要が無いので、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。加えて、差分処理を行うことにより電源ノイズやＧＮＤノイズ、コモンモードノイズ成分等による特性劣化を抑えられる。
【００９４】
（第５実施形態）
図９には、本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置の構成を示し説明する。
【００９５】
ここでは、第２実施形態（図３）と同一の構成要素については同一の符号を付して、異なる部分を中心に説明し、重複した説明は省略する。
【００９６】
図９において、第５実施形態に係る固体撮像装置は、遮光画素部１に電源を供給する遮光画素用電源ライン１０を新たに配設し、有効画素部２に電源を供給する有効画素用電源ライン７と独立させている点に特徴がある。さらに、第２実施形態では、クランプスイッチＭ２１のゲートはクランプ制御ラインＣＬ２に接続され、クランプスイッチＭ２２、Ｍ２３の各ゲートはクランプ制御ラインＣＬ１に接続されていたが、第５実施形態では、ノイズ抑圧回路４のクランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３の各ゲートがクランプ制御ラインＣＬに接続され、クランプ制御信号φＣＬにより駆動制御されるように構成されている。
【００９７】
先ず、図１０（ａ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作を説明する。この場合、遮光画素用電源ライン１０と有効画素用電源ライン７を共通電位とし、サンプルホールド制御信号φＳＨを図４（ａ）におけるサンプルホールド制御信号φＳＨと同じタイミングで、クランプ制御信号φＣＬを図４（ａ）におけるクランプ制御信号φＣＬ１と同じタイミングでそれぞれ“Ｈ”とすることで、図４（ａ）と同一の駆動タイミングとなるので、重複した説明は省略する。
【００９８】
次に、図１０（ｂ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置に関して、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。この場合、遮光画素用電源ライン１０をＧＮＤ電位に固定する以外は、図１０（ａ）（図４（ａ））と同様の駆動を行う。
【００９９】
初めに、画素出力選択信号φＳＥＬ１を“Ｈ”レベルとすることで、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３２１，Ｍ３３１を行選択用ＭＯＳトランジスタＭ４２１，Ｍ４３１を介して、垂直信号ラインＶ２，Ｖ３、及び電流源Ｉ４２，Ｉ４３に接続する。一方、垂直信号線Ｖ１は、画素電流源Ｉ４１に流れ込む電流経路がなくなるのでＧＮＤに固定となる。フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１からの光信号電荷の読み出しに先立って、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｈ”レベルとし、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２２１，Ｍ２３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３２１，Ｍ３３１のゲートを有効画素電源ライン７にリセットする。
【０１００】
一方、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１のゲート電位はＧＮＤ電位となり遮光画素用電源ライン１０と垂直信号線Ｖ１は切り離され、画素電流源Ｉ４１に流れ込む電流経路がなくなるのでＧＮＤに固定となる。また、サンプルホールド制御信号φＳＨとクランプ制御信号φＣＬを“Ｈ”レベルとし、サンプルホールドスイッチＭ１１〜Ｍ１３、及びクランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３を介して、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３とサンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３の端子電位をクランプ電圧ライン８の電位に初期化する。
【０１０１】
次に、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、有効画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，３２１，Ｍ３３１のゲートを切り離す。このときの垂直信号ラインＶ２，Ｖ３のリセット信号成分をクランプ容量ＣＣＬ２，ＣＣＬ３に、垂直信号ラインＶ１のＧＮＤ成分をクランプ容量ＣＣＬ１に蓄積する。これによって、リセットノイズ及び増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３２１，Ｍ３３１の素子ばらつきを含んだリセット信号成分がクランプ容量ＣＣＬ２，ＣＣＬ３に蓄積される。こうして、クランプ容量ＣＣＬ１〜ＣＣＬ３への蓄積が終了した後には、クランプ制御信号φＣＬを“Ｌ”レベルとし、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３とクランプスイッチＭ２１〜Ｍ２３の各接続点を高インピーダンス状態とすることとしている。
【０１０２】
その後、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｈ”レベルとし、フォトダイオードＤ２１，Ｄ３１の光信号電荷を転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２１，Ｍ１３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３２１，Ｍ３３１のゲートに転送する。その一方、フォトダイオードＤ１１の光信号電荷は、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１のゲート電位がＧＮＤであるために転送できずＧＮＤ付近のままとなる。そして、この転送終了後に、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｌ”レベルに再び復帰させることによって、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１，Ｍ３２１，Ｍ３３１のゲートを切り離すこととしている。
【０１０３】
このとき、垂直信号ラインＶ２，Ｖ３に表れるリセット信号成分と光信号成分の差電圧である電位変動が、クランプ容量ＣＣＬ２，ＣＣＬ３及びサンプルホールドスイッチＭ１２，Ｍ１３を介してサンプルホールド容量ＣＳＨ２，ＣＳＨ３に蓄積される。一方、垂直信号ラインＶ１はＧＮＤのままなので変動せず、サンプルホールド容量ＣＳＨ１は、クランプ電圧ライン８の電位を保持する。
【０１０４】
その後、サンプルホールド制御信号φＳＨを“Ｌ”レベルに再び復帰させることで、サンプルホールド容量ＣＳＨ１にはクランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルが、サンプルホールド容量ＣＳＨ２，ＣＳＨ３には有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の光信号成分がそれぞれ保持される。最後に、水平走査回路５から列選択信号φＨ１〜φＨ３を順次“Ｈ”レベルとすることで、サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３に保持されている電圧が水平選択スイッチＭ３１〜Ｍ３３を介して読み出され、出力アンプ６を介して順次に出力される。以上で、第１行目に接続された画素セルの読み出しを完了する。
【０１０５】
第５実施形態では、クランプ電圧ライン８の電位であるクランプ電圧レベルを基準にして、有効画素ＰＩＸ２１とＰＩＸ３１の信号出力レベルを補正する。以下、前述したのと同様に垂直走査回路３からの行選択信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しを完了する。
【０１０６】
以上説明したように、第５実施形態では、スポット光や太陽光等の非常に強い光が入射した場合、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の信号成分とは異なる基準信号レベルを出力することにより、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を得ることができる。さらに、遮光画素部１の画素電源を新設し駆動タイミングを変更するだけで、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３からの信号成分を出力するか基準信号レベルを出力するか選択可能となるので、チップ面積の増加最小限に抑えることができる。また、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力レベルと遮光画素の出力データとは異なる基準信号レベルを両方出力する必要が無いので、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。
【０１０７】
（第６実施形態）
図１１には、本発明の第６実施形態に係る固体撮像装置の構成を示し説明する。
【０１０８】
ここでは、第５実施形態（図９）と同一の構成要素については同一の符号を付して、異なる部分を中心に説明し、重複した説明は省略する。
【０１０９】
第６実施形態に係る固体撮像装置では、図９の構成を基本としつつ、ノイズ抑圧回路４の構成を異なるものとしている。当該ノイズ抑圧回路４の構成は、基本的には図７と同様であるが、以下の点で相違している。
【０１１０】
即ち、先に示した図７の構成では、光検出用スイッチＭ５１のゲートは光信号サンプル制御ラインＳＨＳ２に接続され、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ２により駆動制御され、光検出用スイッチＭ５２，Ｍ５３のゲートは光信号サンプル制御ラインＳＨＳ１に接続され、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ１により駆動制御されていたが、第６実施形態では、光検出用スイッチＭ５１〜Ｍ５３の各ゲートが光信号サンプル制御ラインＳＨＳに接続され、光信号サンプル制御信号φＳＨＳにより駆動制御されるように構成されている。その他の構成は図７，９と同様であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。
【０１１１】
先ず、図１２（ａ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第６実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号読み出し動作を説明する。この場合、遮光画素用電源ライン１０と有効画素用電源ライン７を共通電位とし、リセット信号サンプル制御信号φＳＨＳを図８（ａ）におけるリセット信号サンプル制御信号φＳＨＳ１と同じタイミングで“Ｈ”とすることで、図８（ａ）と同一の駆動タイミングとなるので、詳細な説明は省略する。
【０１１２】
次に、図１２（ｂ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第６実施形態に係る固体撮像装置に関して、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。この場合、遮光画素用電源ライン１０をＧＮＤ電位に固定する以外は、図１２（ａ）（図８（ａ））と同様の駆動を行う。
【０１１３】
初めに、画素出力選択信号φＳＥＬ１を“Ｈ”レベルとし、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３２１，Ｍ３３１を行選択用ＭＯＳトランジスタＭ４２１，Ｍ４３１を介して、垂直信号ラインＶ２，Ｖ３及び電流源Ｉ４２，Ｉ４３に接続する。一方、垂直信号線Ｖ１は、画素電流源Ｉ４１に流れ込む電流経路が無くなるのでＧＮＤに固定となる。フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１からの光信号電荷の読み出しに先立って、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｈ”レベルとし、リセット用ＭＯＳトランジスタＭ２２１，Ｍ２３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３２１，Ｍ３３１のゲートを有効画素電源ライン７にリセットする。
【０１１４】
一方、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１のゲート電位はＧＮＤ電位となり遮光画素用電源ライン１０と垂直信号線Ｖ１は切り離され、画素電流源Ｉ４１に流れ込む電流経路が無くなるのでＧＮＤに固定となる。
【０１１５】
次に、画素リセット信号φＲＳ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、有効画素電源ライン７と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３３１のゲートを切り離す。引き続き、リセット信号サンプル制御信号φＳＨＲを“Ｈ”レベルにして、垂直信号ラインＶ２，Ｖ３のリセット信号成分をリセット信号用スイッチＭ４２，Ｍ４３を介してリセット信号用容量ＣＳＨＲ２，ＣＳＨＲ３に、垂直信号ラインＶ１のＧＮＤ成分をリセット信号用スイッチＭ４１を介してリセット信号用容量ＣＳＨＲ１に蓄積する。そして、このリセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３への蓄積が終了した後、リセット信号サンプル制御信号φＳＨＲを“Ｌ”レベルに復帰させ、蓄積されたリセット信号成分をリセット信号用容量ＣＳＨＲ２，ＣＳＨＲ３に、ＧＮＤ成分をリセット信号用容量ＣＳＨＲ１に保持させる。
【０１１６】
その後、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｈ”レベルとし、フォトダイオードＤ２１，Ｄ３１の光信号電荷を転送用ＭＯＳトランジスタＭ１２１，Ｍ１３１を介して増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３２１，Ｍ３３１のゲートに転送する。
【０１１７】
一方、フォトダイオードＤ１１の光信号電荷は、増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１のゲート電位がＧＮＤであるために転送できずＧＮＤ付近のままとなる。
【０１１８】
この転送終了後に、ＰＤ信号転送信号φＴＲ１を“Ｌ”レベルに復帰させ、フォトダイオードＤ１１〜Ｄ３１と増幅用ＭＯＳトランジスタＭ３１１〜Ｍ３３１のゲートを切り離す。引き続き、光信号サンプル制御信号φＳＨＳを“Ｈ”レベルにして、垂直信号ラインＶ２，Ｖ３の光信号成分を光信号用スイッチＭ５２，Ｍ５３を介して光信号用容量ＣＳＨＳ２，ＣＳＨＳ３に、垂直信号ラインＶ１のＧＮＤ成分を光信号用スイッチＭ５１を介して光信号用容量ＣＳＨＳ１に蓄積する。光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３への蓄積が終了した後、光信号サンプル制御信号φＳＨＳを“Ｌ”レベルに復帰させ、蓄積された光信号成分を光信号用容量ＣＳＨＳ２，ＣＳＨＳ３に、ＧＮＤ成分を光信号用容量ＣＳＨＳ１に保持させる。最後に、水平走査回路５から列選択信号φＨ１〜φＨ３を順次“Ｈ”レベルとすることで、リセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３と光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３に保持されている電圧が、水平選択スイッチＭ６１〜Ｍ６３，Ｍ７１〜Ｍ７３を介して差動回路９に読み出される。
【０１１９】
差動回路９ではリセット信号成分と光信号成分の差分が取られ、センサ出力ラインＯＵＴに順次出力される。
【０１２０】
以上で、第１行目に接続された画素セルの読み出しを完了する。このとき、リセット信号用容量ＣＳＨＲ１と光信号用容量ＣＳＨＳ１には共にＧＮＤ成分が保持されているので、差分回路８の出力はゼロとなる。
【０１２１】
第６実施形態では、この差分回路８のゼロ出力を基準にして、有効画素ＰＩＸ２１とＰＩＸ３１の信号出力レベルを求補正する。以下、前述したのと同様に、垂直走査回路３からの信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しを完了する。
【０１２２】
以上説明したように、第６実施形態では、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の信号成分とは異なる基準信号レベルを出力することにより、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を得ることができる。さらに、ノイズ抑圧回路４の制御ラインを１本追加し駆動タイミングを変更するだけで、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３からの信号成分を出力するか基準信号レベルを出力するか選択可能となるので、チップ面積の増加最小限に抑えることができる。また、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力レベルと遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力データとは異なる基準信号レベルを両方出力する必要が無いので、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。加えて、差分処理を行うことにより電源ノイズやＧＮＤノイズなどによる特性劣化を抑えられる。
【０１２３】
（第７実施形態）
本発明の第７実施形態に係る固体撮像装置の構成は、先に示した図１と同様であるので、以下、図１を適宜参照し、同一の構成要素については同一の符号を用いて、異なる動作を中心に説明する。
【０１２４】
先ず、図１３（ａ）のタイミングチャートは、本発明の第７実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号読み出し動作を示しているが、図２（ａ）と同様の駆動タイミングであることから、ここでは重複した説明を省略する。
【０１２５】
次に、図１３（ｂ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第７実施形態に係る固体撮像装置に関して、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。ノイズ抑圧回路４のＣＤＳ１〜ＣＤＳ３に遮光画素ＰＩＸ１１と有効画素ＰＩＸ２１〜ＰＩＸ３１の画素信号成分を保持させるまでは、図１３（ａ）（図１（ａ））と同様である。その後、水平走査回路５により列選択信号φＨ１を“Ｌ”レベルに固定し、列選択信号φＨ２〜φＨ３を順次“Ｈ”レベルにすることで、出力アンプ６のリセットレベルとそれに引き続きノイズ抑圧回路４に蓄積された有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１のそれぞれの画素信号成分を水平選択スイッチＭ３２，Ｍ３３を介して時系列的に読み出し、出力アンプ６を介して出力する。このとき、第７実施形態では、遮光画素ＰＩＸ１１の画素信号成分とは異なる出力アンプ６のリセットレベルを基準にして、有効画素ＰＩＸ２１とＰＩＸ３１の信号出力レベルを補正する。
【０１２６】
以上説明したように、第７実施形態では、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の信号成分とは異なる基準信号成分を出力することにより、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を得ることができる。また、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力レベルと遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力データとは異なる基準信号レベルを両方出力する必要が無いので、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。
【０１２７】
（第８実施形態）
本発明の第８実施形態に係る固体撮像装置の構成は、先に示した図９と、遮光画素部１に電源を供給する遮光画素用電源ライン１０と有効画素部２に電源を供給する有効画素用電源ライン７と独立させることなく１本の電源ライン７で共用している点で構成上相違している。その他の構成は、先に示した図９と同様であるので、以下では、図９を適宜参照し、同一の構成要素については同一の符号を用いて、異なる動作を中心に説明する。
【０１２８】
先ず、図１４（ａ）のタイミングチャートは、本発明の第８実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号読み出し動作を示しているが、クランプ制御信号φＣＬを図４（ａ）におけるクランプ制御ラインφＣＬ１と同じタイミングで“Ｈ”とすることで、図４（ａ）と同一の駆動タイミングとなるので、重複した説明は省略する。
【０１２９】
次に、図１４（ｂ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第８実施形態に係る固体撮像装置に関して、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。サンプルホールド容量ＣＳＨ１〜ＣＳＨ３に光信号成分を蓄積するところまでは、図１３（ａ）（図４（ａ））と同じである。その後、水平走査回路５により列選択信号φＨ１を“Ｌ”レベルに固定し、列選択信号φＨ２，φＨ３を順次“Ｈ”レベルにすることで、出力アンプ６のリセットレベルとそれに引き続きノイズ抑圧回路４に蓄積された有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１のそれぞれの画素信号成分を水平選択スイッチＭ３２，Ｍ３３を介して時系列的に読み出し、出力アンプ６を介して出力する。このとき、遮光画素ＰＩＸ１１の画素信号成分とは異なる出力アンプ６のリセットレベルを基準にして、有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の信号出力レベルを補正する。以下、これと同様に、垂直走査回路３からの行選択信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しを完了する。
【０１３０】
以上説明したように、第８実施形態では、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の信号成分とは異なる基準信号レベルを出力することにより、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を得ることができる。さらに、水平走査回路５の駆動タイミングを変更するだけで、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３からの信号成分を出力するか基準信号レベルを出力するか選択可能となるので、チップ面積の増加が無い。また、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力レベルと遮光画素の出力データとは異なる基準信号レベルを両方出力する必要が無いので、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。
【０１３１】
（第９実施形態）
本発明の第９実施形態に係る固体撮像装置の構成は、先に示した図７と、光信号用スイッチＭ５１のゲートが、光信号サンプル制御信号φＳＨＳ１に接続されている点で構成上相違している。その他の構成は、先に示した図７と同様であるので、以下では、図７を適宜参照し、同一の構成要素については同一の符号を用いて、異なる動作を中心に説明する。
【０１３２】
先ず、図１５（ａ）のタイミングチャートは、本発明の第９実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号読み出し動作を示している。この場合、リセット信号サンプル制御信号φＳＨＳを、図８（ａ）におけるリセット信号サンプル制御信号φＳＨＳ１と同じタイミングで“Ｈ”レベルとすることで、図８（ａ）と同一の駆動タイミングとなるので、ここでは重複した説明は省略する。
【０１３３】
次に、図１５（ｂ）のタイミングチャートを参照して、本発明の第９実施形態に係る固体撮像装置に関して、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作を詳細に説明する。リセット信号用容量ＣＳＨＲ１〜ＣＳＨＲ３へのリセット信号成分の蓄積、及び光信号用容量ＣＳＨＳ１〜ＣＳＨＳ３への光信号成分の蓄積がするところまでは、図１５（ａ）（図８（ａ））と同じである。
【０１３４】
その後、水平走査回路５により列選択信号φＨ１を“Ｌ”レベルに固定し、列選択信号φＨ２〜φＨ３を順次“Ｈ”レベルにすることで、差動回路９のリセットレベルとそれに引き続きノイズ抑圧回路４のリセット信号用容量ＣＳＨＲ２，ＣＳＨＲ３と光信号用容量ＣＳＨＳ２，ＣＳＨＳ３に保持されている電圧が、水平選択スイッチＭ６２〜Ｍ６３、Ｍ７２〜Ｍ７３を介して差動回路９に読み出される。差動回路９では、リセット信号成分と光信号成分の差分が取られ、センサ出力ラインＯＵＴに順次出力される。以上で、第１行目に接続された画素セルの読み出しを完了する。第９実施形態では、差動回路９のリセットレベルを基準にして、有効画素ＰＩＸ２１，ＰＩＸ３１の信号出力レベルを求補正する。
【０１３５】
以下同様に、垂直走査回路３からの信号によって第２行目以降に接続された画素セルの信号が順次読み出され、全画素セルの読み出しを完了する。
【０１３６】
以上説明したように、第９実施形態では、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の信号成分とは異なる基準信号レベルを出力することにより、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を得ることができる。さらに、水平走査回路５の駆動タイミングを変更するだけで、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３からの信号成分を出力するか基準信号レベルを出力するか選択可能となるので、チップ面積の増加が無い。また、遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力レベルと遮光画素ＰＩＸ１１〜ＰＩＸ１３の出力データとは異なる基準信号レベルを両方出力する必要が無いので、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。加えて、差分処理を行うことにより電源ノイズやＧＮＤノイズなどによる特性劣化を抑えられる。
【０１３７】
尚、前述した第１乃至第９実施形態と請求項との関係については、請求項記載の有効信号用光電変換部とは有効画素部２等に相当し、基準信号用光電変換部とは遮光画素部１等に相当し、ノイズ抑圧部とはノイズ抑圧回路４等に相当し、スイッチ部とはクランプスイッチ等に相当し、第１の電源ラインとは画素電源ライン７に相当し、第２の電源ラインとは遮光画素電源ライン１０等に相当する。
【０１３８】
（第１０実施形態）
最後に、前述した第１乃至第９実施形態に係る固体撮像装置のいずれかをカメラに適用した場合の第１０実施形態について詳細に説明する。
【０１３９】
図１６は、本発明の第１０実施形態に係るカメラの構成例を示す図である。
【０１４０】
この図１６に示されるように、被写体光の光路上には、撮影レンズ３０、シャッタ・絞り２９が図示の如く配設されており、当該シャッタ・絞り２９を介した光の結像面にはイメージャ２１が配設されている。このイメージャ２１が前述した第１乃至第９実施形態に係る固体撮像装置に相当する。
【０１４１】
そして、イメージャ２１の出力は、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２を介して画像処理部２３、輝度情報取得部２４の各入力に接続されており、当該輝度情報取得部２４の出力はＣＰＵ等のＯＢ／ダミー切替判断部２６を介してタイミングジェネレータ（イメージャ制御部）２５の入力に接続されている。
【０１４２】
タイミングジェネレータ２５の出力は、イメージャ２１、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２の各入力に接続されている。以上のほか、露出制御部２７の出力及び測光部２８の出力は、ＯＢ／ダミー切替判断部２６の入力に接続されている。
【０１４３】
請求項記載の判断部とは、このＯＢ／ダミー切替判断部２６等に相当する。
【０１４４】
このような構成において、シャッタ・絞り２９は、露出制御部２７により駆動制御される。撮影レンズ３０、シャッタ・絞り２９を介して露光されるイメージャ２１よりアナログ映像信号がＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２へと出力される。
【０１４５】
アナログ映像信号は、受光画素信号、及び遮光画素信号又は基準信号レベルを含んでおり、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２にて相関２重サンプリングしＡ／Ｄ変換されてデジタル化される。このとき、黒レベルは、イメージャ２１から選択出力される遮光画素信号又は基準信号レベルを用いてカメラ内部でフィードバックしクランプすることとしている。ＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２の出力信号は、画像処理部２３にて三板化・空間周波数帯域補正・ＹＣＣ化等が実施されて、不図示の記録メディア又はモニタに出力される。ＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２の出力信号は、輝度情報取得部２４にも入力される。この輝度情報取得部２４は、輝度情報の評価値を生成し、ＯＢ／ダミー切換判断部２６に入力する。輝度情報の評価値については、例えば図１７の正立被写体像上で、分割エリア毎に輝度レベル相当信号を加算平均し、その最大値を評価値とする。ＯＢ／ダミー切換判断部２６には、露出制御部２７からの露光制御時のシャッタ速情報、絞り情報や、不図示の被写体輝度を測定する測光部２８からの被写体輝度情報が入力される。イメージャ２１は、その駆動パルスと、遮光画素信号／基準信号の切換に必要な制御信号をタイミングジェネレータ２５から入力される。このタイミングジェネレータ２５からＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２へは、アナログ映像信号をサンプリングするタイミングを表わす信号と、黒レベルのクランプ動作期間を示す信号が入力される。そして、ＯＢ／ダミー切換判断部２６は、タイミングジェネレータ２５に、遮光画素信号／基準信号切換も含む動作モードの指示信号を送ることになる。
【０１４６】
以下、図１８のフローチャートを参照して、本発明の第１０実施形態に係るカメラによる第１の動作例を詳細に説明する。
【０１４７】
第１の動作に入ると、先ず、ＯＢ／ダミー切替判断部２６よりタイミングジェネレータ２５に基準信号（指示信号）が選択出力され（ステップＳ１）、露出制御部２７にて露光制御が行われ（ステップＳ２）、タイミングジェネレータ２５を動作させ、イメージャ２１より１フレームのアナログ映像信号を出力させ、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２にて当該アナログ映像信号をデジタル化し（ステップＳ３）、輝度情報取得部２４にて詳細は前述したように輝度情報の評価値を生成する（ステップＳ４）。そして、ＯＢ／ダミー切替判断部２６にて、前述したようにして高輝度エリアが存在するか否かを判定する（ステップＳ５）。ここで、高輝度エリアが存在する場合には、ＯＢ／ダミー切替判断部２６よりタイミングジェネレータ２５へ基準信号を選択出力し（ステップＳ６）、高輝度エリアが存在しない場合には、ＯＢ／ダミー切替判断部２６よりタイミングジェネレータ２５へ遮光画素信号を選択出力する（ステップＳ７）。次に、露出制御部２７により露光制御がなされ（ステップＳ８）、タイミングジェネレータ２５を動作させて、イメージャ２１より１フレームのアナログ映像信号を出力させ、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２にて当該映像信号をデジタル化し（ステップＳ９）、画像処理部２３にて画像処理を実施する（ステップＳ１０）。以降、各フレームについて上記動作を行う。
【０１４８】
こうして第１の動作を終了する。
【０１４９】
次に、図１９のフローチャートを参照して、本発明の第１０実施形態に係るカメラによる第２の動作例を詳細に説明する。
【０１５０】
第２の動作に入ると、先ず、不図示の操作部による撮影指示に基づいて測光部２８により被写体輝度情報を取得し（ステップＳ１１）、ＯＢ／ダミー切替判断部２６にて、高輝度エリアが存在するか否かを判定する（ステップＳ１２）。
【０１５１】
そして、高輝度エリアが存在する場合には、ＯＢ／ダミー切替判断部２６よりタイミングジェネレータ２５へ基準信号を選択出力し（ステップＳ１３）、高輝度エリアが存在しない場合には、ＯＢ／ダミー切替判断部２６よりタイミングジェネレータ２５へ遮光画素信号を選択出力する（ステップＳ１４）。
【０１５２】
次に露出制御部２７により露光制御がなされ（ステップＳ１５）、タイミングジェネレータ２５を動作させ、イメージャ２１より１フレームの映像信号を出力させ、ＣＤＳ・Ａ／Ｄ２２にて当該映像信号をデジタル化し（ステップＳ１６）、画像処理部２３にて画像処理を実施する（ステップＳ１７）。以降、各フレームについて上記動作を行う。こうして第２の動作を終了する。
【０１５３】
以上説明したように、第１０実施形態では、スポット光や太陽光などの非常に強い光が入射した場合、遮光画素信号とは異なる基準信号を出力することで、遮光画素で見られる黒レベル変動の影響を受けない画像を出力できる。更に、画面全体の読み出しに必要な時間を短縮することができる。加えて、差分処理を行うことにより電源ノイズやＧＮＤノイズなどによる特性劣化を抑えられる。さらには、良好な映像信号処理、アイリス制御を実現する。
【０１５４】
以上、本発明の第１乃至第９実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の改良、変更が可能であることは勿論である。例えば、複数の遮光画素部を複数行にわたって配設するようにしてもよいことは勿論である。この場合、固定パターンノイズの影響がより一層低減され、補正の基準信号レベルの信頼性はより高まる。
【０１５５】
【発明の効果】
本発明によれば、高輝度状態やスポット光の存在があっても映像信号の黒レベルが適正に補正可能な固体撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作のタイミングチャートであり、（ｂ）は第１実施形態に係る固体撮像装置に関して、非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作のタイミングチャートである。
【図３】本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。
【図４】（ａ）は第２実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作のタイミングチャートであり、（ｂ）は第２実施形態に係る固体撮像装置に関して、非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作のタイミングチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。
【図６】（ａ）は第３実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作のタイミングチャートであり、（ｂ）は第３実施形態に係る固体撮像装置に関して、非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作のタイミングチャートである。
【図７】本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。
【図８】（ａ）は第４実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作のタイミングチャートであり、（ｂ）は第４実施形態に係る固体撮像装置に関して、非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作のタイミングチャートである。
【図９】本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。
【図１０】（ａ）は第５実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作のタイミングチャートであり、（ｂ）は第５実施形態に係る固体撮像装置に関して、非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作のタイミングチャートである。
【図１１】本発明の第６実施形態に係る固体撮像装置の構成図である。
【図１２】（ａ）は第６実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作のタイミングチャートであり、（ｂ）は第６実施形態に係る固体撮像装置に関して、非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作のタイミングチャートである。
【図１３】（ａ）は第７実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作のタイミングチャートであり、（ｂ）は第７実施形態に係る固体撮像装置に関して、非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作のタイミングチャートである。
【図１４】（ａ）は第８実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作のタイミングチャートであり、（ｂ）は第８実施形態に係る固体撮像装置に関して、非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作のタイミングチャートである。
【図１５】（ａ）は第９実施形態に係る固体撮像装置に関して、入射光量が小さい場合に利用する、遮光画素部１の出力信号の読み出し動作のタイミングチャートであり、（ｂ）は第９実施形態に係る固体撮像装置に関して、非常に強い光が入射した場合に利用する、遮光画素部１の出力とは異なる基準信号の読み出し動作のタイミングチャートである。
【図１６】本発明の第１０実施形態に係るカメラの構成図である。
【図１７】正立被写体像を示す図である。
【図１８】本発明の第１０実施形態に係るカメラによる第１の動作例を詳細に説明するフローチャートである。
【図１９】本発明の第１０実施形態に係るカメラによる第２の動作例を詳細に説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１・・・遮光画素部、２・・・有効画素部、３・・・垂直走査回路、４・・・ノイズ抑圧回路、５・・・水平走査回路、６・・・出力アンプ、７・・・画素電源ライン、８・・・クランプ電源ライン、９・・・差動回路、１０・・・遮光画素電源ライン。
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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