(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素列を有する撮像領域と、この撮像領域に隣接するオプティカルブラック領域とを備えた固体撮像装置において、
前記撮像領域から読み出された信号からディジタルビデオ信号を生成する処理回路と、
前記オプティカルブラック領域から読み出された暗レベル信号と、この暗レベル信号の前記処理回路への経路と同一の経路を通る仮想的明レベル信号とを受信し、受信した暗ベル信号と仮想的明レベル信号に応じて、前記処理回路のオフセット又は利得を制御する制御回路と、
を備え、
前記画素列を構成する画素及び前記オプティカルブラック領域内のダミー画素は、それぞれ、
バイアス電圧がリセットスイッチを介して印加されるホトダイオードと、
前記ホトダイオードのカソードが入力端子に接続されたアンプと、
前記ホトダイオードの出力又は前記バイアス電圧出力を前記アンプから読み出すアドレス指定スイッチと、
を有しており、
前記オプティカルブラック領域において前記リセットスイッチがオンされることで、前記バイアス電圧が前記アドレス指定スイッチから出力される電圧又は電流を前記仮想的明レベル信号とし、この時のバイアス電圧は、前記ホトダイオードに基準レベル光が入射したと仮定した場合の前記ホトダイオードの出力電圧であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記仮想的明レベル信号と前記暗レベル信号の差分に対する基準値の比率に応じて前記処理回路の利得を制御し、
前記制御回路は、前記暗レベル信号の大きさに応じて前記処理回路のオフセットを制御することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記処理回路は、ａｘ，ｂｘを係数として、入力信号ＶＸに対して、Ｖｘ’＝ａｘＶＸ＋ａｘｂｘを出力し、
前記オプティカルブラック領域のダミー画素から出力される暗レベル信号ＶＤＡＲＫ（ｘ）、仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）、明レベル信号と暗レベル信号の差分の理想値Ｄを用いて、係数ａｘ，ｂｘは、以下の関係式：
利得ａｘ＝Ｄ／（ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）−ＶＤＡＲＫ（ｘ））
オフセットａｘｂｘ＝−ＶＤＡＲＫ（ｘ）
を満たし、これに隣接する画素に対する処理回路の係数ａｘ＋１，ｂｘ＋１は、以下の関係式：
利得ａｘ＋１＝Ｄ／（ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）−ＶＤＡＲＫ（ｘ＋１））
オフセットａｘ＋１ｂｘ＋１＝−ＶＤＡＲＫ（ｘ＋１）
を満たし、
隣接画素の出力の値の差を最小にするように、オフセットの係数ａｘ＋１ｂｘ＋１を調整することを特徴とする請求項１又は２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、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１に記載の固体撮像装置は、各読み出し回路におけるオフセットばらつきに起因する縦縞ノイズ（固定パターンノイズ）を低減するために、列毎（読み出し回路毎）に生じるオフセットノイズを、各列毎に複数のＣＤＳ回路を用意し、オフセットの平均値を求め、各列において平均値に最も近い（ばらつきの最も少ない）ＣＤＳ回路を選択することで実現している。
【０００３】
下記特許文献２に記載の固体撮像装置は、受光領域の全画素を多分割し、各受光ブロックを夫々異なる読み出し回路により読み出すマルチポート型固体撮像装置であって、各ブロックのばらつきを補正するためにヒストグラムを用いて補正を行っている。
【特許文献１】特開２００４−８０４６７号公報
【特許文献２】特開２００４−８８１９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の固体撮像装置では、暗レベル信号のみを用いて補正するため、最終出力の十分な補正を簡易に行うことができなかった。
【０００５】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、最終出力の補正を簡易に行うことができる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】
【０００６】
上述の課題を解決するため、本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素列を有する撮像領域と、この撮像領域に隣接するオプティカルブラック領域とを備えた固体撮像装置において、撮像領域から読み出された信号からディジタルビデオ信号を生成する処理回路と、オプティカルブラック領域から読み出された暗レベル信号と、この暗レベル信号の処理回路への経路と同一の経路を通る仮想的明レベル信号とを受信し、受信した暗ベル信号と仮想的明レベル信号に応じて、処理回路のオフセット又は利得を制御する制御回路とを備え、前記画素列を構成する画素及び前記オプティカルブラック領域内のダミー画素は、それぞれ、バイアス電圧がリセットスイッチを介して印加されるホトダイオードと、前記ホトダイオードのカソードが入力端子に接続されたアンプと、前記ホトダイオードの出力又は前記バイアス電圧出力を前記アンプから読み出すアドレス指定スイッチと、を有しており、前記オプティカルブラック領域において前記リセットスイッチがオンされることで、前記バイアス電圧が前記アドレス指定スイッチから出力される電圧又は電流を前記仮想的明レベル信号とし、この時のバイアス電圧は、前記ホトダイオードに基準レベル光が入射したと仮定した場合の前記ホトダイオードの出力電圧であることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、制御回路が、オプティカルブラック領域からの暗レベル信号の他に、仮想的明レベル信号も受信するが、これらの差分等は経路内の標準的な利得と相関がある。すなわち、仮想的明レベル信号と暗レベル信号との差分は、入射光量に対する画素出力の利得に比例するので、この利得と処理回路からの最終出力利得の関係がずれている場合には、ずれ量に応じて処理回路の利得を調整すればよい。したがって、処理回路からの最終出力の補正を簡易に行うことができる。
【０００８】
ここで、仮想的明レベル信号は、画素内に含まれるホトダイオードに基準レベル光が入射したと仮定した場合に処理回路に入力される電圧に等しく設定される。
【０００９】
また、オプティカルブラック領域内のダミー画素は、バイアス電圧がリセットスイッチを介して印加されるホトダイオードと、ホトダイオードの出力又はバイアス電圧出力を読み出すアドレス指定スイッチと、を有しており、リセットスイッチがオンされることで、バイアス電圧がアドレス指定スイッチから出力される電圧又は電流を仮想的明レベル信号とし、この時のバイアス電圧は、ホトダイオードに基準レベル光が入射したと仮定した場合のホトダイオードの出力電圧であることを特徴とする。
【００１０】
リセットスイッチがオンした場合には、ホトダイオードとバイアス電圧源が接続されていない場合、バイアス電圧が必要に応じて設けられた増幅用トランジスタに入力され、この入力電圧に応じて仮想的明レベル信号が発生する。すなわち、この時のバイアス電圧は、ホトダイオードに基準レベル光が入射した場合に発生すると推定されるホトダイオードの出力電圧としておけばよい。増幅用トランジスタを用いるかどうかに関しては、トランジスタのばらつきの影響を少なくするため、トランジスタをなしとして、バイアス電圧とそれをスイッチするためのトランジスタのみで構成することもできる。
【００１１】
制御回路は、仮想的明レベル信号と暗レベル信号の差分に対する基準値の比率に応じて処理回路の利得を制御することが好ましい。また、制御回路は、暗レベル信号の大きさに応じて処理回路のオフセットを制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の固体撮像装置によれば、最終出力の十分な補正を簡易に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、実施の形態に係る固体撮像装置について説明する。なお、同一要素には同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
【００１４】
図１は、実施の形態に係る固体撮像装置の回路図である。
【００１５】
この固体撮像装置は、撮像素子と制御回路とを備えている。この撮像素子は、Ｎ個の画素列（Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３）が隣接して並んでなる撮像ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３が、Ｋ個（本例ではＫ＝３）並んでなる撮像領域を有している。各撮像ブロックの左からの順番をｋ番目とする。なお、図２に各画素列を構成する各画素Ｐ（ｘ，ｙ）の詳細構成を示す。また、撮像領域に隣接する画素行は、オプティカルブラック領域ＯＢを構成しており、画素上に図示しない遮光膜を備えている。オプティカルブラック領域ＯＢの構成は、遮光膜を備えている以外、他の撮像領域の画素Ｐ（ｘ，ｙ）の構成と同一である。
【００１６】
図２に示すように、画素Ｐ（ｘ，ｙ）は、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）と、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）のカソードとリセット電位Ｖｒ１（VｒDARK，VｒBRIGHT）との間に接続されたリセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，ｙ）と、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）のカソードが入力端子に接続されたアンプＡＭＰ（ｘ，ｙ）と、アンプＡＭＰ（ｘ，ｙ）とビデオラインＬｎとの間に接続されたアドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）とを備えている。
【００１７】
画素Ｐ（ｘ，ｙ）は、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）のカソードと、リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，ｙ）との間に直列に介在する転送スイッチＱｔｒａｎｓ（ｘ，ｙ）を備えている。転送スイッチＱｔｒａｎｓ（ｘ，ｙ）の上流端は、ホールドスイッチＱｈｏｌｄ（ｘ，ｙ）を介して、ＡＭＰ（ｘ，ｙ）を構成する増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）のゲートに入力されている。増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）とビデオラインＬｎとの間には、アドレス指定スイッチ（トランジスタ）Ｑａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）が介在している。
【００１８】
アドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）に、ハイレベルのシフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（ｙ）（又はＶａｄｄｒｅｓｓ（ｙ））を入力すると、アンプＡＭＰ（ｘ，ｙ）で増幅した画素信号を、ビデオラインＬｎに転送する状態ができる。ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）に入射した光量に応じて蓄積された電荷に応じた電圧は、アンプＡＭＰ（ｘ，ｙ）で増幅され、ビデオラインＬｎに電圧Ｖとして出力される。その後、ハイレベルのリセット信号（垂直）Ｖｒｅｓｅｔ（ｙ）をリセットスイッチ（トランジスタ）Ｑｒｅｓｅｔに入力し、これをオンすると、ホトダイオードＰＤ（ｘ、ｙ）に蓄積された電荷がリセットされる。
【００１９】
詳細に説明すれば、転送スイッチＱｔｒａｎｓ（ｘ，ｙ）のゲートには、転送信号Ｖｔｒａｎｓ（ｘ，ｙ）が入力され、リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，ｙ）のゲートには、リセット信号Ｖｒｅｓｅｔ（ｘ，ｙ）が入力される。また、ホールドスイッチＱｈｏｌｄ（ｘ，ｙ）のゲートにはホールド信号Ｖｈｏｌｄ（ｙ）が入力され、アドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）のゲートにはアドレス信号Ｖａｄｄｒｅｓｓ（ｙ）が入力される。なお、アドレス信号Ｖａｄｄｒｅｓｓ（ｙ）は第１シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（ｙ）と表記することもできる。
【００２０】
Ｖｒｅｓｅｔ（ｙ）、Ｖｔｒａｎｓ（ｙ）、Ｖｈｏｌｄ（ｙ）、Ｖａｄｄｒｅｓｓ（ｙ）の全ての信号がローレベルの時に、Ｖｒｅｓｅｔ（ｙ）をハイレベルとしてＶｈｏｌｄ（ｙ）をハイレベルとすることにより、増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）のゲートの電荷がリセットされる。Ｖｈｏｌｄ（ｙ）をローレベルとし、Ｖｒｅｓｅｔ（ｙ）をローレベルとした後、Ｖｔｒａｎｓ（ｙ）をハイレベルとしてＶｈｏｌｄ（ｙ）をハイレベルとすることで、ホトダイオードＰＤ（ｘ、ｙ）に蓄積された電荷が増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）のゲートに転送させる。
【００２１】
その後、Ｖｈｏｌｄ（ｙ）をローレベルにしてＶｔｒａｎｓ（ｙ）をローレベルにした後、Ｖｔｒａｎｓ（ｙ）とＶｒｅｓｅｔ（ｙ）をハイレベルにして、ホトダイオードＰＤ（ｘ、ｙ）に蓄積された電荷をリセットした後、Ｖｔｒａｎｓ（ｙ）とＶｒｅｓｅｔ（ｙ）をローレベルにして次の蓄積を開始する。
【００２２】
撮像領域では、以上の動作が行われるが、オプティカルブラック領域ＯＢでは、リセット電位Vr１としてバイアス電圧VｒDARKとVｒBRIGHTを切り替えて用いる。
【００２３】
オプティカルブラック領域ＯＢでは、ホトダイオードPD（ｘ，ｙ）は遮光されているので、撮像領域におけるリセット電位Ｖｒに等しいバイアス電圧VｒDARKをホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）に印加し、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）から読み出される暗レベルの信号を増幅用トランジスタＱａｍｐに入力し、この時に、アドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）から読み出される暗レベル信号ＶＤＡＲＫをホールド回路でホールドした後、処理回路に入力する。
【００２４】
一方、仮想的明レベル信号は、以下のように設定する。すなわち、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）に基準レベル光を入射させた場合に、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）から出力されると仮定される出力電位をバイアス電圧ＶｒBRIGHTとし、このバイアス電圧ＶｒBRIGHTを増幅用トランジスタＱａｍｐにリセット時に入力し、この時に、アドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）から出力される仮想的明レベル信号ＶBRIGHTをホールド回路でホールドした後、処理回路に入力する。
【００２５】
仮想的明レベル信号ＶBRIGHTは、撮像領域の画素内に含まれるホトダイオードに、基準レベル光が入射したと仮定した場合に、処理回路に入力される電圧に等しく設定される。
【００２６】
このように、オプティカルブラック領域ＯＢ内のダミー画素ｐ（ｘ，ｙ）は、バイアス電圧がリセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，ｙ）を介して印加されるホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）と、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）の出力又はバイアス電圧ＶｒＢＲＩＧＨＴが入力される増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）と、増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）によって増幅された出力を読み出すアドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）とを有している。リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，ｙ）がオンされることで、バイアス電圧Ｖｒ１（ＶｒＢＲＩＧＨＴ）が増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）に入力されて出力される電圧ＶＢＲＩＧＨＴ又は電流を仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴとし、この時のバイアス電圧ＶｒＢＲＩＧＨＴは、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）に基準レベル光が入射したと仮定した場合のホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）の出力電圧である。
【００２７】
なお、アドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）は、ホトダイオードの出力又はバイアス電圧出力を読み出し、リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，ｙ）がオンされることで、バイアス電圧ＶｒＢＲＩＧＨＴがアドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）から出力される電圧又は電流を仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴとしている。増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）は必要に応じて設けられているが、増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）を用いるかどうかに関しては、トランジスタのばらつきの影響を少なくするため、トランジスタをなしとして、バイアス電圧とそれをスイッチするためのトランジスタのみで構成することもできる。
【００２８】
リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，ｙ）がオンした場合には、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）とバイアス電圧源（Ｖｒ）が接続されていない場合、バイアス電圧ＶｒＢＲＩＧＨＴが増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）に入力され、この入力電圧に応じて仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴがアドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，ｙ）から出力される。すなわち、この時のバイアス電圧ＶｒＢＲＩＧＨＴは、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）に基準レベル光が入射した場合に、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）で発生すると推定される電圧である。
【００２９】
なお、オプティカルブラック領域ＯＢにおけるバイアス電圧Ｖｒ１を変更するのではなく、増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）のバイアス電圧Ｖｒ２を変更して、仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴを生成してもよい。この時のバイアス電圧Ｖｒ２は、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）に基準レベル光が入射したと仮定される場合に、ホトダイオードＰＤ（ｘ，ｙ）で発生する電圧を増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）に入力した場合に、アドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓに与えられる電圧である。
【００３０】
更に、増幅用トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）の前段の回路を省略し、Vadressスイッチの入力側に直接Vr1(VrＤＡＲＫ,VrＢＲＩＧＨＴ)を印加することで、暗レベル信号ＶＤＡＲＫと仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴを生成することもできる。すなわち、仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴの生成を行うだけでなく、暗レベル信号ＶＤＡＲＫ相当の電圧をバイアス電圧Ｖｒとして、暗レベル信号ＶＤＡＲＫを生成してもよい。これらのバイアス電圧Ｖｒの発生回路は共通回路で構成することが好ましい。
【００３１】
図１を参照すると、撮像領域における画素Ｐ（ｘ，ｙ）は、行方向（ｘ）に沿って９個、列方向（ｙ）に沿って９個あり、アドレス（ｘ，ｙ）で規定される二次元状に配置されている。本例では、撮像領域中央に部分読み出し領域Ｒを設定し、部分読み出し領域Ｒの内部の画素Ｐ（ｘ，ｙ）の信号を読み出すこととする。
【００３２】
この部分読み出し領域Ｒは、画像データ演算部１０によって指定される。画像データ演算部１０は、入力されるディジタルビデオ信号に応じて部分読み出し領域Ｒを指定する。すなわち、例えば、ディジタルビデオ信号における１フレームの画像において、輝度が所定値以上の画素Ｐ（ｘ，ｙ）のアドレスを記憶する。ミサイル等の物体が撮影対象の場合、撮像素子がシリコンからなるとして、その赤外線像は物体像の重心を最大輝度の起点として連続的に周辺に広がり、周辺部では輝度が所定値よりも未満となる。
【００３３】
すなわち、最大輝度の点を含み、輝度が所定値±Δ以内の点を含む矩形領域を、部分読み出し領域Ｒとして選択する。対象物が移動中の場合、前回のフレーム内における物体像の重心位置（ｘ１，ｙ１）と、今回のフレーム内における物体像の重心位置（ｘ２，ｙ２）とのフレーム内での位置の差分のベクトル（ｘ２−ｘ１、ｙ２−ｙ１）を演算し、今回のフレーム内の物体像の重心位置（ｘ１、ｙ２）に、このベクトルを加算した位置を、次回の物体像の重心位置（ｘ３，ｙ３）として推定し、これを重心位置とする矩形領域を新たな部分読み出し領域Ｒとして設定する。
【００３４】
画像データ演算部１０には、ディジタルビデオ信号が入力されているが、このディジタルビデオ信号は、各撮像ブロックＢ１（Ｂ２，Ｂ３）からの画素列毎（３列）の信号を処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３に入力することで得ることができる。個々の処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３は、アンプＡＭＰ１、ＡＭＰ２，ＡＭＰ３、ＡＤ変換回路ＡＤＣ１，ＡＤＣ２，ＡＤＣ３、出力回路ＯＣ１，ＯＣ２，ＯＣ３を接続してなる。各画素列から出力されたアナログ画素信号は、処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３によって、ディジタルビデオ信号に変換される。
【００３５】
部分読み出し領域Ｒを規定する部分画像選択位置情報（ｘ＝ｘ４〜ｘ６，ｙ＝ｙ４〜ｙ６）は、タイミング発生回路１１に入力される。また、この固体撮像装置は、部分読み出し領域Ｒに対応する画素行を選択する行選択回路１２と、部分読み出し領域Ｒに対応する画素列を選択する列選択回路１３とを備えている。タイミング発生回路１１は、入力された部分画像選択位置情報に基づいて行選択回路制御信号と、列選択回路制御信号を生成する。
【００３６】
要するに、行選択回路制御信号は、ｙ＝ｙ４〜ｙ６の画素行の信号が読み出されるように行選択回路１２に画素の選択をさせ、列選択回路制御信号は、ｘ＝ｘ４〜ｘ６の画素列の信号が読み出されるように列選択回路１３に画素の選択をさせる。換言すれば、タイミング発生回路１１は、画像データ演算部１０の出力に基づいて、行選択回路１２及び列選択回路１３に選択をさせる制御信号を発生しているということになる。
【００３７】
なお、図１には図示しないが、本固体撮像装置は、暗レベル信号ＶＤＡＲＫ及び仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴに基づいて、処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３のオフセット調整及び利得調整を行う制御回路を備えている。この制御回路は、仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴと暗レベル信号ＶＤＡＲＫの差分に対する基準値Ｄの比率に応じて、処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３の利得を制御する。また、制御回路は、暗レベル信号ＶＤＡＲＫの大きさに応じて処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３のオフセットを制御する。以下、詳説する。
【００３８】
図３は、ｘ列及びｘ＋１列におけるオプティカルブラック領域ＯＢの画素ｐ（ｘ）、ｐ（ｘ＋１）と、ホールド回路Ｈ（ｘ）、Ｈ（ｘ＋１）と、処理回路ＰＵ（ｘ）、ＰＵ（ｘ＋１）と、制御回路ＦＢＣ（ｘ）、ＦＢＣ（ｘ＋１）と、撮像領域におけるｙ行目のｘ列、ｘ＋１列における画素ｐ（ｘ，ｙ）、ｐ（ｘ＋１、ｙ）とを示すブロック図である。なお、ｘ列、ｘ＋１列は、例えば、図１におけるＮ１列とＮ２列を示すものとし、これらに対応する処理回路ＰＵ（ｘ）、ＰＵ（ｘ＋１）は、それぞれＰＵ１、ＰＵ２を示すものとする。
【００３９】
撮像領域の画素ｐ（ｘ，ｙ）、ｐ（ｘ＋１，ｙ）から出力される画素出力Ｖｘを、それぞれＶ（ｘ，ｙ）、Ｖ（ｘ，ｘ＋１）とし、オプティカルブラック領域ＯＢから出力される画素出力をＶＤＡＲＫ（ｘ）、ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）、ＶＤＡＲＫ（ｘ＋１）、ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）とする。
【００４０】
処理回路ＰＵ（ｘ）のオフセット及び利得調整前の期間において、ＶＤＡＲＫ（ｘ）、ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）は制御回路ＦＢＣ（ｘ）に入力される。ここでは、ＶＤＡＲＫ（ｘ）、ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）は、処理回路ＰＵ（ｘ）への入力前に制御回路ＦＢＣ（ｘ）に入力されることとする。
【００４１】
処理回路ＰＵ（ｘ）は、入力信号ＶＸに対して、Ｖｘ’＝ａｘ×（ＶＸ＋ｂｘ）の処理を行う。なお、Ｖｘ’＝ａｘ×Ｖｘ＋ａｘｂｘであり、ａｘ，ｂｘは係数である。
【００４２】
制御回路ＦＢＣ（ｘ）は、入力信号ＶＤＡＲＫ（ｘ）、ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）に基づいて、以下のように、係数ａｘ，ｂｘの設定を行う。
利得：ａｘ＝Ｄ／（ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）−ＶＤＡＲＫ（ｘ））
オフセット：ａｘｂｘ＝−ＶＤＡＲＫ（ｘ）
【００４３】
なお、Ｄは、明レベル信号と暗レベル信号の差分の理想値である。すなわち、実際の画素出力Ｖｘの処理回路ＰＵ（ｘ）における利得は、実際の差分（ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）−ＶＤＡＲＫ（ｘ））に対する理想値の差分の比率で補正される。
【００４４】
また、オプティカルブラック領域ＯＢの１列に複数の画素が含まれる場合には、その列内の画素数δで出力の積算値を除して、平均値ＡＶＧを利用する。各式における仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）として、仮想的明レベル信号の平均値ＡＶＧ＝Σ（１画素列における各仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ））÷（１画素列における積算に用いた画素数δ）を用いる。また、暗レベル信号ＶＤＡＲＫ（ｘ）として、暗レベル信号の平均値ＡＶＧ＝Σ（１画素列における暗レベル信号ＶＤＡＲＫ（ｘ））÷（１画素列における積算に用いた画素数δ）を用いる。
【００４５】
また、処理回路ＰＵ（ｘ＋１）も、処理回路ＰＵ（ｘ）の処理と同様にオフセット及び利得調整される。すなわち、制御回路ＦＢＣ（ｘ＋１）は、入力信号ＶＤＡＲＫ（ｘ＋１）、ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）に基づいて、以下のように、処理回路ＰＵ（ｘ＋１）の係数ａｘ＋１，ｂｘ＋１の設定を行う。
利得：ａｘ＋１＝Ｄ／（ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）−ＶＤＡＲＫ（ｘ＋１））
オフセット：ａｘ＋１ｂｘ＋１＝−ＶＤＡＲＫ（ｘ＋１）
【００４６】
図４は、ｘ列及びｘ＋１列におけるオプティカルブラック領域ＯＢの画素ｐ（ｘ）、ｐ（ｘ＋１）と、ホールド回路Ｈ（ｘ）、Ｈ（ｘ＋１）と、処理回路ＰＵ（ｘ）、ＰＵ（ｘ＋１）と、制御回路ＦＢＣ（ｘ）、ＦＢＣ（ｘ＋１）と、撮像領域のｘ列ｙ行における画素ｐ（ｘ、ｙ）、ｐ（ｘ＋１、ｙ）とを示すブロック図である。なお、制御回路ＦＢＣ（ｘ）及びＦＢＣ（ｘ＋１）は、それぞれ処理回路ＰＵ（ｘ）、ＰＵ（ｘ＋１）の後段に設けられ、それぞれ入力信号Ｖ’ＢＲＩＧＨＴ（ｘ），Ｖ’ＤＡＲＫ（ｘ）と、入力信号ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１），ＶＤＡＲＫ（ｘ＋１）とに基づいて、係数ａｘ，ｂｘ，ａｘ＋１，ｂｘ＋１を決定する。
【００４７】
さらに、上記の調整方法では、列毎に独立したゲイン・オフセットの調整を行っていたが、隣画素との差分情報を用いて、さらに微調整を行うことができる。具体的な方法を説明する。すなわち、Ｖ’ＢＲＩＧＨＴ（ｘ）、Ｖ’ＤＡＲＫ（ｘ）は以下の関係式を満たす。
Ｖ’ＢＲＩＧＨＴ（ｘ）＝ａｘ×ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）＋ａｘｂｘ
ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）＝（Ｖ’ＢＲＩＧＨＴ（ｘ）−ａｘｂｘ）／ａｘ
Ｖ’ＤＡＲＫ（ｘ）＝ａｘ×ＶＤＡＲＫ（ｘ）＋ａｘｂｘ
ＶＤＡＲＫ（ｘ）＝（Ｖ’ ＤＡＲＫ（ｘ）−ａｘｂｘ）／ａｘ
Ｖ’ＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）＝ａｘ＋１×ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）＋ａｘ＋１ｂｘ＋１
ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）＝（Ｖ’ＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）−ａｘ＋１ｂｘ＋１）／ａｘ＋１
Ｖ’ＤＡＲＫ（ｘ＋１）＝ａｘ＋１×ＶＤＡＲＫ（ｘ＋１）＋ａｘ＋１ｂｘ＋１
ＶＤＡＲＫ（ｘ＋１）＝（Ｖ’ ＤＡＲＫ（ｘ＋１）−ａｘ＋１ｂｘ＋１）／ａｘ＋１
【００４８】
よって、利得ａｘ，ａｘ＋１、オフセットａｘｂｘ，ａｘ＋１ｂｘ＋１は、以下のように設定される。なお、新しい値にはｎｅｗ、古い値にはｏｌｄの添え字を用いる。
＜初期値設定＞
利得：ａｘ＝１
オフセット：ａｘｂｘ＝０
利得：ａｘ＋１＝１
オフセット：ａｘ＋１ｂｘ＋１＝０
＜フィードバックによる値の微調整＞
利得：ａｘ(new)＝ａｘ(old)＋α×DIFF1
DIFF1 = Ｄ’−（Ｖ’ＢＲＩＧＨＴ（ｘ）−Ｖ’ＤＡＲＫ（ｘ））
利得：ａｘ＋１(new)＝ａｘ＋１(old)＋α×DIFF1
DIFF1 = Ｄ’−（Ｖ’ＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）−Ｖ’ＤＡＲＫ（ｘ＋１））
オフセット：ａｘｂｘ(new)＝ａｘｂｘ(old)＋β×DIFF2
DIFF2 =−Ｖ’ＤＡＲＫ（ｘ）
オフセット：ａｘ＋１ｂｘ＋１(new)＝ａｘ＋１ｂｘ＋１(old)＋β×DIFF2
DIFF2 =−Ｖ’ＤＡＲＫ（ｘ＋１）
【００４９】
ここで、αおよびβはフィードバック時の修正重みで、一般的に0.1〜0.5程度の値を用いる。また、Ｄ’は、明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴと暗レベル信号ＶＤＡＲＫのそれぞれの所望出力値の差であり、上記のフィードバックにより、（Ｖ’ＢＲＩＧＨＴ（ｘ＋１）−Ｖ’ＤＡＲＫ（ｘ＋１）の値が、Ｄ’に近づくように係数ａｘ，ａｘ＋１が、決定される。
【００５０】
図５は、ｘ列及びｘ＋１列におけるオプティカルブラック領域ＯＢの画素ｐ（ｘ）、ｐ（ｘ＋１）と、ホールド回路Ｈ（ｘ）、Ｈ（ｘ＋１）と、処理回路ＰＵ（ｘ）、ＰＵ（ｘ＋１）と、制御回路ＦＢＣと、撮像領域のｘ列ｙ行における画素ｐ（ｘ，ｙ）、ｐ（ｘ＋１，ｙ）とを示すブロック図である。
【００５１】
なお、本例では、１つの制御回路ＦＢＣは、それぞれ処理回路ＰＵ（ｘ）、ＰＵ（ｘ＋１）の後段に設けられており、隣接画素列間の輝度のバラつきも考慮して、以下のように、利得ａｘ，ａｘ＋１、オフセットａｘｂｘ，ａｘ＋１ｂｘ＋１を設定する。
【００５２】
ここでは、隣接画素のオフセットばらつきに起因するノイズを軽減するために、左隣画素の値と、当該画素の値との差を最小にするようにオフセットａｘｂｘを微調整し、それを順次，全画素列に対して行うことで、画面全体の微調整を行う。
まず、下記の隣接画素誤差Δ(x+1)を演算する。なお、添え字のＤＡＲＫは暗レベル時の値を示す。
【００５３】
Δ’ＤＡＲＫ (x+1)＝Σ（Ｖ’ ＤＡＲＫ（ｘ+1，ｙ+1）−Ｖ’ ＤＡＲＫ（ｘ，ｙ））
【００５４】
ｙは１行全ての画素(y=1…ｍ)であり、積算を行う隣接画素は暗レベル時の同一行「ｙ」同士であってもよい。これにより得られたオフセットばらつきをもとに、ｘ+1列のオフセットａｘ＋１ｂｘ＋１を下記のように補正する。
【００５５】
ａｘ＋１ｂｘ＋１(new) ＝ａｘ＋１ｂｘ＋１(old) ＋Δ’dark (x+1)/ｍ
ここで、ｍは1行の画素数を示す。上記の演算を、画素の左側から順に1列ずつ補正演算を行い、画像全体の補正をおこなう。
【００５６】
以上のようにして、利得ａｘ、オフセットａｘｂｘが設定されるように、制御回路ＦＢＣ（ｘ）は、利得調整信号ＣＧＡＩＮ（ｘ）と、オフセット調整信号ＣＯＦＦＳＥＴ（ｘ）を処理回路ＰＵ（ｘ）に出力する。図１における処理回路ＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３の数は、３つであるので、ここではｘ＝１〜３であることとする。
【００５７】
図６は、処理回路ＰＵ（ｘ）の詳細構成を示す。
【００５８】
処理回路ＰＵ（ｘ）は、アンプＡｍｐ（ｘ）、ＡＤ変換回路ＡＤＣ（ｘ）、出力回路ＯＣ（ｘ）を直列に接続しており、入力信号ＶＸに対して、Ｖｘ’＝ａｘ×（Ｖｘ＋ｂｘ）の処理を行う。利得ａｘ、オフセットａｘｂｘは、アンプＡｍｐ（ｘ）、ＡＤ変換回路ＡＤＣ（ｘ）、出力回路ＯＣ（ｘ）のいずれかの回路の出力を調整すればよい。
【００５９】
図７は、アンプＡｍｐ（ｘ）を調整する場合の例を示す回路図である。
【００６０】
アンプＡｍｐ（ｘ）の利得は、オペアンプＯＰの入力側の抵抗Ｒ１の抵抗値と、入出力間の帰還抵抗Ｒ２との比率（Ｒ２／Ｒ１）によって決定される。したがって、利得調整信号ＣＧＡＩＮ（ｘ）は、抵抗Ｒ２の抵抗値を調整することで、利得をａｘとすることができる。
【００６１】
また、オフセットは、非反転増幅端子の参照電位Ｖｒｅｆを決定する分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４のうちの一方の可変抵抗Ｒ３を調整することで制御できる。すなわち、分圧抵抗Ｒ３，Ｒ４は電源電位Ｖｄｄと基準電位Ｖｓｓとの間に接続されており、オフセット電位となる参照電位Ｖｒｅｆは、抵抗Ｒ３とＲ４との抵抗比によって決定される。
【００６２】
オフセット調整信号ＣＯＦＦＳＥＴ（ｘ）は、暗レベル信号分のオフセットａｘｂｘが入力から減じられるよう、ａｘｂｘの大きさがＶｒｅｆ（＝（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）×（Ｒ４／（Ｒ３＋Ｒ４）））を満たすように、可変抵抗Ｒ３の抵抗値を決定する。
【００６３】
図８は、ＡＤ変換回路ＡＤＣ（ｘ）を調整する場合の例を示す回路図である。
【００６４】
本例では、パイプライン型のＡＤ変換回路が示されている。簡単のため、ＡＤ変換回路は４ビット出力のものとする。４つのＡＤ変換ステージＳＴＡＧＥ１（ｘ）、ＳＴＡＧＥ２（ｘ）、ＳＴＡＧＥ３（ｘ）、ＳＴＡＧＥ４（ｘ）を順番に接続し、各ＡＤ変換ステージの出力をシフトレジスタＳＲ（ｘ）に入力する。各ＡＤ変換ステージは、ＡＤ変換用の比較器Ｃｏｍｐ、比較器Ｃｏｍｐの出力が入力されるＤＡ変換回路Ｄａｃ、ＤＡ変換回路Ｄａｃの出力と入力信号を減算する減算回路Ｓｕｂ、減算回路Ｓｕｂの出力を定数倍（×２）する乗算回路Ｍｕｌを備えている。
【００６５】
例えば、１．３１Ｖのアナログの入力電圧がＡＤ変換回路ＡＤＣ（ｘ）に入力された場合、初段のＡＤ変換ステージＳＴＡＧＥ１（ｘ）では、比較器Ｃｏｍｐの参照電圧Ｖｒｅｆを０．８Ｖとすると、１．３１Ｖは０．８Ｖ以上なので、比較器Ｃｏｍｐからはハイレベル「１」が出力され、ＤＡ変換回路Ｄａｃからは０．８Ｖが出力され、減算回路ＳｕｂはＤＡ変換回路Ｄａｃの出力０．８Ｖを入力電圧１．３１Ｖから減じる。すなわち、０．５１Ｖが減算回路Ｓｕｂから出力され、乗算回路Ｍｕｌは、これを２倍して、１．０２Ｖを出力する。
【００６６】
２段目のＡＤ変換ステージＳＴＡＧＥ２（ｘ）では、比較器Ｃｏｍｐの参照電圧Ｖｒｅｆを０．８Ｖとすると、１．０２Ｖは０．８Ｖ以上なので、比較器Ｃｏｍｐからはハイレベル「１」が出力され、ＤＡ変換回路Ｄａｃからは０．８Ｖが出力され、減算回路ＳｕｂはＤＡ変換回路Ｄａｃの出力０．８Ｖを入力電圧１．０２Ｖから減じる。すなわち、０．２２Ｖが減算回路Ｓｕｂから出力され、乗算回路Ｍｕｌは、これを２倍して、０．４４Ｖを出力する。
【００６７】
３段目のＡＤ変換ステージＳＴＡＧＥ３（ｘ）では、比較器Ｃｏｍｐの参照電圧Ｖｒｅｆを０．８Ｖとすると、０．４４Ｖは０．８Ｖよりも小さいので、比較器Ｃｏｍｐからはローレベル「０」が出力され、ＤＡ変換回路Ｄａｃからは０Ｖが出力され、減算回路ＳｕｂはＤＡ変換回路Ｄａｃの出力０Ｖを入力電圧０．４４Ｖから減じる。すなわち、０．４４Ｖが減算回路Ｓｕｂから出力され、乗算回路Ｍｕｌは、これを２倍して、０．８８Ｖを出力する。
【００６８】
４段目のＡＤ変換ステージＳＴＡＧＥ４（ｘ）では、比較器Ｃｏｍｐの参照電圧Ｖｒｅｆを０．８Ｖとすると、０．８８Ｖは０．８Ｖ以上なので、比較器Ｃｏｍｐからはハイレベル「１」が出力され、ＤＡ変換回路Ｄａｃからは０．８Ｖが出力され、減算回路ＳｕｂはＤＡ変換回路Ｄａｃの出力０．８Ｖを入力電圧０．８８Ｖから減じる。すなわち、０．０８Ｖが減算回路Ｓｕｂから出力され、乗算回路Ｍｕｌは、これを２倍して、０．１６Ｖを出力する。
【００６９】
すなわち、これらのＡＤ変換ステージのパイプラインを通って、「１」、「１」、「０」、「１」がシフトレジスタＳＲ（ｘ）に順次入力される。なお、「１１０１」は、十進数では１３であり、最下位のビットから順番に、０．１Ｖ×２０＝０．１Ｖ、０．１Ｖ×２１＝０．２Ｖ、０．１Ｖ×２２＝０．４Ｖ、０．１Ｖ×２３＝０．８Ｖを示しているので、「１１０１」は１．３Ｖのアナログ信号を表している。
【００７０】
このＡＤ変換回路の利得は、比較器Ｃｏｍｐの参照電圧Ｖｒｅｆに反比例する。したがって、Ｖｒｅｆを決定する直列抵抗Ｒ５，Ｒ６のうちの一方の可変抵抗Ｒ５を利得調整信号ＣＧＡＩＮ（ｘ）によって制御すれば、利得調整を行うことができる。すなわち、利得調整信号ＣＧＡＩＮ（ｘ）は、利得ａｘ∝（１／Ｖｒｅｆ）＝１／（（Ｖｄｄ−Ｖｓｓ）×（Ｒ６／（Ｒ５＋Ｒ６）））を満たすように、可変抵抗Ｒ５の抵抗値を決定する。
【００７１】
シフトレジスタＳＲ（ｘ）の出力からは、ディジタル加算回路Ａｄｄを用いてオフセットａｘｂｘの大きさ分を減じる。オフセットａｘｂｘが負の場合は加算すればよい。すなわち、ディジタル加算回路Ａｄｄに入力されるオフセット調整信号ＣＯＦＦＳＥＴ（ｘ）は、オフセットａｘｂｘを示すこととなる。
【００７２】
図９は、ディジタル出力回路ＯＣ（ｘ）を調整する場合の例を示す回路図である。
【００７３】
出力回路ＯＣ（ｘ）は、入力に定数ｂｘを加算するディジタル加算回路Ａｄｄと、加算回路Ａｄｄの出力をａｘ倍するディジタル乗算回路Ｍｕｌとを備えており、Ｖｘ’＝ａｘ×（Ｖｘ＋ｂｘ）を出力する。すなわち、利得調整信号ＣＧＡＩＮ（ｘ）はディジタル乗算回路Ｍｕｌの倍数としてａｘを指定するものであり、オフセット調整信号ＣＯＦＦＳＥＴ（ｘ）は、ディジタル加算回路Ａｄｄの加算値としてｂｘを指定するものである。なお、ｂｘは、オフセットａｘｂｘを利得ａｘで除したものである。
【００７４】
図１０は、撮像領域の画素ｐ（ｘ，ｙ）への入射光量Ｉと画素出力Ｖとの関係を示すグラフである。
【００７５】
画素出力Ｖは、暗レベル信号ＶＤＡＲＫを含んでおり、入射光量Ｉ＝０から入射光量Ｉ＝Ｉ０の基準レベル光が入射した場合の明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴまで線形で増加する。理想的には、基準レベル光の強度Ｉ０と（明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴ−暗レベル信号ＶＤＡＲＫ）の比率は、一定である。
【００７６】
図１１は、画素出力Ｖと処理回路からの最終出力Ｖ’の関係を示すグラフである。
【００７７】
最終出力Ｖ’は、画素出力Ｖからオフセット成分を除去して、利得を基準値に補正したものである。オフセットと利得の調整は上述の通りである。
【００７８】
次に、画素出力の読み出しについて説明する。
【００７９】
図１２は、図１に示した固体撮像装置のタイミングチャートである。
【００８０】
本例では、図１に示した部分読み出し領域Ｒの信号を読み出す例が示されている。
【００８１】
時刻ｔ０〜ｔ２までは、第１〜第３シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（１〜３）、第１〜第３リセット信号（垂直）Ｖｒｅｓｅｔ（１−３）、第４シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（４）、第４リセット信号（垂直）Ｖｒｅｓｅｔ（４）、第５シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（５）、第５リセット信号（垂直）Ｖｒｅｓｅｔ（５）、第６シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（６）、第６リセット信号（垂直）Ｖｒｅｓｅｔ（６）、第７〜第９シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（７〜９）、第７〜第９リセット信号（垂直）Ｖｒｅｓｅｔ（７−９）、第１シフト信号（水平）Ｈｓｈｉｆｔ（１）、第２シフト信号（水平）Ｈｓｈｉｆｔ（２）、第３シフト信号（水平）Ｈｓｈｉｆｔ（３）は、全てローレベルである。なお、信号の各数字は、座標ｘ又はｙのアドレスを示す。また、説明においては図２を適宜参照する。
【００８２】
時刻ｔ２〜ｔ３では、行選択回路１２から、ハイレベルの第４シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（４）が入力されるため、図１の下から４行目の画素行のシフトスイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，４）がＯＮとなり、光の入射に応じてホトダイオードＰＤ（ｘ，４）に蓄積された電荷が、アンプＡＭＰ（ｘ、４）で増幅され、ビデオラインＬｎに電圧として出力され、ホールド回路Ｈ（１）〜Ｈ（９）に保持される。なお、各ホールド回路には、電流源が並列に接続されている。続いて、時刻ｔ３〜ｔ４では、ハイレベルの第４リセット信号Ｖｒｅｓｅｔ（４）が入力されるため、リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，４）がＯＮとなり、ホトダイオードＰＤ（ｘ、４）に蓄積された電荷はリセットされる。
【００８３】
時刻ｔ４〜ｔ５では、列選択回路１３から、ハイレベルの第２シフト信号（水平）Ｈｓｈｉｆｔ（２）が、画素列の４列目のスイッチＱ（４）、画素列の５列目のスイッチＱ（５）、画素列の６列目のスイッチＱ（６）に同時に入力されるため、ホールド回路Ｈ（４）、Ｈ（５）、Ｈ（６）に蓄積された画素Ｐ（４，４）、Ｐ（５，４）、Ｐ（６，４）の電荷が、それぞれ処理回路ＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３に入力される。
【００８４】
時刻ｔ６〜ｔ７では、行選択回路１２から、ハイレベルの第５シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（５）が入力されるため、図１の下から５行目の画素行のシフトスイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，５）がＯＮとなり、光の入射に応じてホトダイオードＰＤ（ｘ，５）に蓄積された電荷が、アンプＡＭＰ（ｘ、５）で増幅され、ビデオラインＬｎに電圧として出力され、ホールド回路Ｈ（１）〜Ｈ（９）に保持される。
【００８５】
続いて、時刻ｔ７〜ｔ８では、ハイレベルの第５リセット信号Ｖｒｅｓｅｔ（５）が入力されるため、リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，５）がＯＮとなり、ホトダイオードＰＤ（ｘ、５）に蓄積された電荷がリセットされる。時刻ｔ８〜ｔ９では、列選択回路１３から、ハイレベルの第２シフト信号（水平）Ｈｓｈｉｆｔ（２）が、画素列の４列目のスイッチＱ（４）、画素列の５列目のスイッチＱ（５）、画素列の６列目のスイッチＱ（６）に同時に入力されるため、ホールド回路Ｈ（４）、Ｈ（５）、Ｈ（６）に蓄積された画素Ｐ（４，５）、Ｐ（５，５）、Ｐ（６，５）の電荷が、それぞれ処理回路ＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３に入力される。
【００８６】
時刻ｔ１０〜ｔ１１では、行選択回路１２から、ハイレベルの第６シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（６）が入力されるため、図１の下から６行目の画素行のシフトスイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（ｘ，６）がＯＮとなり、光の入射に応じてホトダイオードＰＤ（ｘ，６）に蓄積された電荷が、アンプＡＭＰ（ｘ、６）で増幅され、ビデオラインＬｎに電圧として出力され、ホールド回路Ｈ（１）〜Ｈ（９）に保持される。
【００８７】
続いて、時刻ｔ１１〜ｔ１２では、ハイレベルの第６リセット信号Ｖｒｅｓｅｔ（６）が入力されるため、リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（ｘ，６）がＯＮとなり、ホトダイオードＰＤ（ｘ、６）に蓄積された電荷がリセットされる。時刻ｔ１２〜ｔ１３では、列選択回路１３から、ハイレベルの第２シフト信号（水平）Ｈｓｈｉｆｔ（２）が、画素列の４列目のスイッチＱ（４）、画素列の５列目のスイッチＱ（５）、画素列の６列目のスイッチＱ（６）に同時に入力されるため、ホールド回路Ｈ（４）、Ｈ（５）、Ｈ（６）に蓄積された画素Ｐ（４，６）、Ｐ（５，６）、Ｐ（６，６）の電荷が、それぞれ処理回路ＰＵ１、ＰＵ２、ＰＵ３に入力される。
【００８８】
上述のように、本固体撮像装置は、Ｎ個の画素列に、列選択回路１３の選択によってＯＮするスイッチＱ（４）、Ｑ（５）、Ｑ（６）を介して、それぞれ接続されたＮ個の処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３を備えている。ｎ番目の処理回路ＰＵ１（ＰＵ２，ＰＵ３）は、個々の撮像ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３におけるｎ番目の画素列Ｎ１（Ｎ２，Ｎ３）に、スイッチＱ（１）〜Ｑ（９）を介して全て接続可能とされている。また、Ｎ個の処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３は、行選択回路１２及び列選択回路１３によって選択された画素列毎の信号からディジタルビデオ信号を生成している。
【００８９】
上述の固体撮像装置によれば、ｎ番目の処理回路（例えば、ＰＵ１とする）には、個々の撮像ブロックＢ１，Ｂ２，Ｂ３におけるｎ番目の画素列（Ｎ１）がスイッチＱ（１），Ｑ（４），Ｑ（７）を介して全て接続可能とされているので、部分読み出し領域Ｒが小さい場合においても、隣接する画素列Ｎ２からの信号は、異なる処理回路ＰＵ２で別々に処理される。しかも、画像データ演算部１０によって、読み出す領域を部分読み出し領域Ｒに制限しているので、更に高速な撮像を行うことが可能となる。
【００９０】
また、上述の固体撮像装置は、個々の画素列Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３にそれぞれ接続された複数のホールド回路Ｈ（１）〜Ｈ（９）を備えており、上記スイッチＱ（１）〜Ｑ（９）は、列選択回路１３にタイミング発生回路１１から入力される制御信号に同期して、画素列毎の個々のホールド回路Ｈ（１）〜Ｈ（９）に蓄積された電荷を、個々の画素列Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３に対応する処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３に接続しており、各画素行毎の信号は一旦はホールド回路（１）〜Ｈ（９）に蓄積されるが、スイッチを制御信号Ｑ（１）〜Ｑ（９）によって接続することで、画素行毎に蓄積された電荷を、画素列Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３毎に処理回路ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３へと転送することができる。
【００９１】
また、オプティカルブラック領域ＯＢの画素は、撮像領域の画素と同じ手順で読み出されるが、読み出しのタイミングは撮像領域の読み出しのタイミングの前に読み出される。なお、オプティカルブラック領域ＯＢの画素出力を制御回路ＦＢＣ内に記憶しておき、次の読み出しタイミングで撮像領域の同一の画素出力を補正することもできる。
【００９２】
なお、画素列の数は、上述のものに限られない。
【００９３】
図１３は、１つの撮像ブロックを８つの画素列からなることとし、６４の撮像ブロックＢｋ（ｋ＝１〜６４）を備え（Ｋ＝６４）、垂直方向の画素列が５１２画素を有し、水平方向の画素列が５１２画素を有する固体撮像装置を示す。なお、各撮像ブロックＢ１，Ｂ２，・・・，Ｂ６４における、ｎ番目の画素列毎に、ｎ番目の処理回路ＰＵｎが接続されている（ｎ＝１〜８）。列選択回路１３によって制御されるスイッチ群Ｑ（１）〜Ｑ（Ｎ×Ｋ）と、撮像領域との間には、ホールド回路群Ｈ（１）〜Ｈ（Ｎ×Ｋ）が介在している。スイッチ群Ｑ（１）〜Ｑ（Ｎ×Ｋ）、ホールド回路群Ｈ（１）〜Ｈ（Ｎ×Ｋ）は、上述のスイッチ群Ｑ（１）〜Ｑ（９）及びホールド回路群Ｈ（１）〜Ｈ（９）に対応するものである。
【００９４】
この固体撮像装置で部分読み出しの動作を以下に説明する。ここでは、画像データ演算部の出力に基づいて前回得た画像から、５１２×５１２の画素全体の内、周辺１０行と１０列だけを除いた中央の４９２×４９２の画素の部分読み出しを行うことを選択してタイミング発生回路がそれに必要な制御信号を行選択回路１２と列選択回路１３に供給することとする。
【００９５】
図１４は、撮像領域内の画素Ｐ（ｘ，ｙ）の詳細な回路図である。
【００９６】
なお、以下の説明において、スイッチとは電界効果トランジスタを示すこととする。
【００９７】
画素Ｐ（１，１）は、ホトダイオードＰＤ（１）のカソードと、リセット電位Ｖｒ１との間に直列に介在する転送スイッチＱｔｒａｎｓ（１）、リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（１）を備えている。転送スイッチＱｔｒａｎｓ（１）の上流端は、ホールドスイッチＱｈｏｌｄ（１）を介して、増幅トランジスタＱａｍｐ（１）のゲートに入力されている。増幅トランジスタＱ           ａｍｐ（１）とビデオラインＬ１との間には、アドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（１）が介在している。
【００９８】
転送スイッチＱｔｒａｎｓ（１）のゲートには、転送信号Ｖｔｒａｎｓ（１）が入力され、リセットスイッチＱｒｅｓｅｔ（１）のゲートには、リセット信号Ｖｒｅｓｅｔ（１）が入力される。また、ホールドスイッチＱｈｏｌｄ（１）のゲートにはホールド信号Ｖｈｏｌｄ（１）が入力される。アドレス指定スイッチＱａｄｄｒｅｓｓ（１）のゲートにはアドレス信号Ｖａｄｄｒｅｓｓ（１）が入力される。なお、アドレス信号Ｖａｄｄｒｅｓｓ（１）は第１シフト信号（垂直）Ｖｓｈｉｆｔ（１）と表記することもできる。
【００９９】
画素Ｐ（１，２）の構成は、各要素の数字が「２」となるのみで、構成は画素Ｐ（１，１）と同一である。
【０１００】
図１５は、各信号を生成するための行選択回路１２の回路図である。図１６は、各信号のタイミングチャートである。この図は、垂直方向の上下１０行ずつを除いた中央４９２行の部分読み出しを達成するためのものである。
【０１０１】
各行毎にシフトレジスタＳ１，Ｓ２・・・が設けられており、各シフトレジスタは、セット入力端子ＳＴ、リセット入力端子ｒｓｔ、クロック入力端子ＣＬＫと、出力端子Ｑを備えている。リセット入力端子は接地電位に接続されている。シフトレジスタＳ１のセット入力端子ＳＴにはスタート信号Ｖｓｔが入力され、シフトレジスタＳ１の出力端子Ｑからの出力shiftout１が、シフトレジスタＳ２のセット入力端子ＳＴに入力されるというように、各シフトレジスタのセット入力端子には一つ前のシフトレジスタの出力端子Ｑからの出力が順次入力される。
【０１０２】
タイミング発生回路１１から発生したＶｒｅｓｅｔ、Ｖｔｒａｎｓ、Ｖｈｏｌｄ、Ｖａｄｄｒｅｓｓは、第１画素Ｐ（１，１）読み出し時の所定のタイミングで、それぞれＶｒｅｓｅｔ（１）、Ｖｔｒａｎｓ（１）、Ｖｈｏｌｄ（１）、Ｖａｄｄｒｅｓｓ（１）として、スイッチＱＡ１，ＱＢ１，ＱＣ１，ＱＤ１をＯＮし、上述の各スイッチに入力される。この所定のタイミングは、タイミング発生回路１１で生成されたｓ-ｍｏｄｅ信号とスタート信号Ｖｓｔによって決定され、第１行目の画素の読み出しが終了したら、第２行目の画素の読み出しへと順次移行する。なお、図１６中、（Ｖｓｈｉｆｔ）で示される数字は、読み出し中の画素行を示し、（Ｈｓｈｉｆｔ）で示される数字は、読み出し中の画素列を示す。
【０１０３】
ｓ-ｍｏｄｅ信号は、スタート信号ＶｓｔがシフトレジスタＳ１に入力されたときの出力と共にＮＯＲ回路（ＮＯＲ１）に入力される。なお、２行目の読み出しの場合には、これらの信号はＮＯＲ回路（ＮＯＲ２）に入力される。この図は、５１２×５１２の全画素で各ホトダイオードＰＤ（ｘ、ｙ）に蓄積した電荷を同時にホールドするグローバルシャッターモードで動作する例であり、ｓ-ｍｏｄｅ信号をハイレベルとしておくことで、Ｖｒｅｓｅｔ、Ｖｔｒａｎｓ、Ｖｈｏｌｄの信号を全画素一斉に供給することができる。これにより、ホトダイオードＰＤ（ｘ、ｙ）に蓄積された電荷を増幅トランジスタＱａｍｐ（ｘ，ｙ）のゲートに全画素に渡って同一のタイミングで転送、蓄積しておくことが可能となる。
【０１０４】
実際の動作としては次のようになる。ｓ-ｍｏｄｅ信号をハイレベルとして、全行に渡ってＶｒｅｓｅｔ、Ｖｔｒａｎｓ、Ｖｈｏｌｄの信号が入力されるようにしておく。Ｖｒｅｓｅｔ、Ｖｔｒａｎｓ、Ｖｈｏｌｄ、Ｖａｄｄｒｅｓｓの全ての信号がローレベルの時に、ＶｒｅｓｅｔをハイレベルとしてＶｈｏｌｄをハイレベルとすることにより、増幅トランジスタのゲートの電荷がリセットされる。Ｖｈｏｌｄをローレベルとし、Ｖｒｅｓｅｔをローレベルとした後、ＶｔｒａｎｓをハイレベルとしてＶｈｏｌｄをハイレベルとすることで、ホトダイオードＰＤ（ｘ、ｙ）に蓄積された電荷が増幅トランジスタのゲートに転送される。
【０１０５】
その後、ＶｈｏｌｄをローレベルにしてＶｔｒａｎｓをローレベルにした後、ＶｔｒａｎｓとＶｒｅｓｅｔをハイレベルにして、ホトダイオードＰＤ（ｘ、ｙ）に蓄積された電荷をリセットした後、ＶｔｒａｎｓとＶｒｅｓｅｔをローレベルにして次の蓄積を開始する。
【０１０６】
ここでｓ-ｍｏｄｅ信号をローレベルに戻すことにより、全画素に渡って、ホトダイオードＰＤ（ｘ、ｙ）に蓄積されていた電荷は、各画素の増幅トランジスタのゲートに転送、保持された状態で、ホトダイオードでは次の蓄積が開始されており、全画素での蓄積の開始、終了が同時に行われるグローバルシャッターモードの動作が実現される。以後は、増幅トランジスタのゲートに保持されている電荷を読みたい画素のみを選択して読み出すことになる。
【０１０７】
シフトレジスタＳ１，Ｓ２・・・のクロック入力端子ＣＬＫにはタイミング発生回路１１で生成される垂直クロック信号Ｖｃｌｋが入力されている。スタート信号ＶｓｔがシフトレジスタＳ１のセット入力端子に入力され，シフトレジスタＳ１の出力端子Ｑからの出力shiftout１がシフトレジスタＳ２のセット入力端子に入力されるように、各シフトレジスタのセット入力端子に一つ前のシフトレジスタの出力端子Ｑからの出力が順次入力されると、各行の画素に蓄積された電荷の読み出しが開始されるが、Ｖａｄｄｒｅｓｓはローレベルとしておき、垂直クロック信号Ｖｃｌｋは周期を長くしておくことで、最初の１０行は信号の読み飛ばしを行う。
【０１０８】
その後、１１行目の画素からＶａｄｄｒｅｓｓをハイレベルとして蓄積電荷を増幅することにより得られた電圧をホールド回路に一度転送した上で、Ｖｒｅｓｅｔ、Ｖｈｏｌｄもハイレベルとして、増幅トランジスタのゲートの電荷をリセットした後、Ｖｈｏｌｄをローレベルとして、Ｖｒｅｓｅｔをローレベルに戻して、リセット後の電圧もホールド回路に送り、蓄積した電荷を増幅することにより得られた電圧と、増幅トランジスタのゲートの電荷をリセットした時の増幅トランジスタから出力される電圧の2種類の電圧をホールド回路に入力する。
【０１０９】
ホールド回路ではノイズ分を差し引いて減らすためのＣＤＳ回路でこの2種類の電圧の差を演算し、保持する。垂直クロック信号Ｖｃｌｋの周期を短くして５１２画素分の電荷をホールド回路に蓄積し、続いて、タイミング発生回路１１で生成された画素列読み出しスタート信号Ｈｓｔを列選択回路１３に入力することで、タイミング発生回路１１で生成された水平クロック信号Ｈｃｌｋに同期して、５１２画素分のホールド回路に蓄積された電荷の内、選択された部分読み出し領域Ｒに当たる画素分が８個の処理回路から読み出されて画像データ演算部へ入力される。
【０１１０】
この動作は図１７，１８，１９を使って後述する。なお、５０３行目の画素行から以後の１０行は、垂直クロック信号の周期を短くして、同様に信号の読み飛ばしを行う。
【０１１１】
すなわち、垂直クロック信号の周期を短くすることで、不要な画素行の読み出し時間を短縮しており、この不要な画素行の読み出し期間では、アドレス信号Ｖａｄｄｒｅｓｓを入力せず、すなわち、ビデオ信号は出力されない。
【０１１２】
図１７は、ホールド回路群Ｈ（１）〜Ｈ（Ｎ×Ｋ）に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ群Ｑ（１）〜Ｑ（Ｎ×Ｋ）の回路図である。ビデオラインＬ１，Ｌ２，Ｌ３・・・ＬＮ×Ｋ毎にスイッチＱ（１），Ｑ（２），Ｑ（３）・・・Ｑ（Ｎ×Ｋ）が接続されている。１つの撮像ブロックのスイッチ群には、Ｈｓｈｉｆｔ信号が入力され、Ｈｓｈｉｆｔ信号がハイレベルの時に、ホールド回路に蓄積された電荷が読み出される。
【０１１３】
図１８は、各信号を生成するための列選択回路１３の回路図である。図１９は、各信号のタイミングチャートである。この図は、水平方向の左右にそれぞれ１０列ずつを除いた中央４９２列のみの部分読み出しを達成するためのものである。この図では、図１６のｓ-ｍｏｄｅ信号がローレベルになってから水平スタート信号Ｈｓｔがハイレベルとなり、以後水平の読み出しが行われるタイミングのみを示す。
【０１１４】
シフトレジスタＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０・・・が、撮像ブロックに対応して設けられている。各シフトレジスタは、セット入力端子ＳＴ、リセット入力端子ｒｓｔ、クロック入力端子ＣＬＫと、Ｑ出力端子を備えている。クロック入力端子ＣＬＫには、水平クロック信号Ｈｃｌｋが入力される。
【０１１５】
タイミング発生回路では、６４撮像ブロック中の所望の読み出し開始番号の画素に対応して、水平読み出し用のスタート信号Ｈｓｔを発生し、６ビットのデコーダ（０ｃｈ〜６３ｃｈ）Ｄに入力する。デコーダＤは、２値入力端子ｄｉｈ０、ｄｉｈ１、ｄｉｈ２、ｄｉｈ３、ｄｉｈ４、ｄｉｈ５を備えている。デコーダ出力端子１，２，３・・・と各セット入力端子ＳＴとの間には、ＮＡＮＤ回路とＮＯＴ回路が介在している。
【０１１６】
デコーダＤは、タイミング発生回路１１で生成したＨｓｔや２値入力に応じて、所望の撮像ブロックへ入力されるＨｓｈｉｆｔ信号がハイレベルとなる信号を生成する。スタート信号Ｈｓｔと、撮像ブロック特定信号ｄｉｈ０、ｄｉｈ１、ｄｉｈ２、ｄｉｈ３、ｄｉｈ４、ｄｉｈ５の入力によって、指定された撮像ブロックの画素列の信号が読み出される。デコーダ出力端子０に対応して発生するＨｓｈｉｆｔ（１）信号は、ハイレベルの時にスイッチＱ（１）〜Ｑ（８）をＯＮし、デコーダ出力端子１に対応して発生するＨｓｈｉｆｔ（２）信号は、ハイレベルの時にスイッチＱ（９）〜Ｑ（１６）をＯＮする。
【０１１７】
各シフトレジスタＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０のリセット端子ｒｓｔには、タイミング発生回路１１で生成されたオールリセット信号Ｈｓｈｉｆｔ-ｒｅｓｅｔを入力することができ、Ｈｓｈｉｆｔ-ｒｅｓｅｔがハイレベルの場合には、ホールド回路に蓄積された電荷の読み出しを終了し、部分読み出しを高速に行っている。このように図１６と図１９の両手法を適用することにより、５１２×５１２画素信号を周辺１０行と１０列ずつを除いた中央４９２×４９２画素の部分信号読み出しを達成できる。
【０１１８】
なお、上述の例では、部分読み出し領域Ｒは、前回の画像に基づいて画像データ演算部が決定し、必要な制御信号をタイミング発生回路が発生したが、これは特願２００３−１８９１８１に示される撮像装置（プロファイルイメージャと呼ばれている）のプロファイル検出機能から得られる情報に基づいて決定してもよく、ホールド回路やフレームメモリ等に蓄積された画像に基づいて決定してもよい。
【０１１９】
また、部分読み出し領域Ｒを決定するために基づくものは蓄積された画像に限る必要はなく、全画素の内の一部分のみを読み出すように選択する信号を、画像データ演算部の代わりに外から与えても良い。こうすることで、読み出す部分と画素数を外部より入力する信号により変えて、画素数は少なくて良いのでとにかく高速で撮像したい場合や、画角の一部分のみに絞って読み出したい場合など様々な場合に対応可能な固体撮像装置が実現できる。
【０１２０】
以上、説明したように、上述の固体撮像装置は、撮像領域とオプティカルブラック領域ＯＢとを備えた固体撮像装置において、撮像領域から読み出された信号からディジタルビデオ信号を生成する処理回路ＰＵ（ｘ）と、オプティカルブラック領域ＯＢから読み出された暗レベル信号ＶＤＡＲＫ（ｘ）と、この暗レベル信号ＶＤＡＲＫ（ｘ）の処理回路ＰＵ（ｘ）への経路と同一の経路を通る仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）とを受信し、受信した暗ベル信号ＶＤＡＲＫ（ｘ）と仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）に応じて、処理回路ＰＵ（ｘ）のオフセットａｘｂｘ、又は、利得ａｘを制御する制御回路ＦＢＣ（ｘ）とを備えている。
【０１２１】
制御回路ＦＢＣ（ｘ）は、オプティカルブラック領域ＯＢからの暗レベル信号ＶＤＡＲＫ（ｘ）の他に、仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）も受信するが、これらの差分等は経路内の標準的な利得と相関がある。すなわち、仮想的明レベル信号ＶＢＲＩＧＨＴ（ｘ）と暗レベル信号ＶＤＡＲＫ（ｘ）との差分は、入射光量Ｉに対する画素出力Ｖｘの利得に比例するので、この利得と処理回路ＰＵ（ｘ）からの最終出力利得の関係がずれている場合には、ずれ量に応じて処理回路ＰＵ（ｘ）の利得を調整すればよい。したがって、処理回路ＰＵ（ｘ）からの最終出力Ｖｘ’の補正を簡易に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
本発明は、固体撮像装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２３】
【図１】実施の形態に係る固体撮像装置の回路図である。
【図２】各画素列を構成する各画素Ｐ（ｘ，ｙ）の詳細構成を示す回路図である。
【図３】処理回路および制御回路を含む接続関係を示すブロック図である。
【図４】処理回路および制御回路を含む接続関係を示すブロック図である。
【図５】処理回路および制御回路を含む接続関係を示すブロック図である。
【図６】処理回路ＰＵ（ｘ）の詳細構成を示す。
【図７】アンプＡｍｐ（ｘ）を調整する場合の例を示す回路図である。
【図８】ＡＤ変換回路ＡＤＣ（ｘ）を調整する場合の例を示す回路図である。
【図９】出力回路ＯＣ（ｘ）を調整する場合の例を示す回路図である。
【図１０】撮像領域の画素ｐ（ｘ，ｙ）への入射光量Ｉと画素出力Ｖとの関係を示すグラフである。
【図１１】画素出力Ｖと処理回路からの最終出力Ｖ’の関係を示すグラフである。
【図１２】図１に示した固体撮像装置のタイミングチャートである。
【図１３】実施の形態に係る固体撮像装置の回路図である。
【図１４】画素Ｐ（ｘ，ｙ）の詳細な回路図である。
【図１５】各信号を生成するための行選択回路１２の回路図である。
【図１６】各信号のタイミングチャートである。
【図１７】ホールド回路群Ｈ（１）〜Ｈ（Ｎ×Ｋ）に蓄積された電荷を読み出すためのスイッチ群Ｑ（１）〜Ｑ（Ｎ×Ｋ）の回路図である。
【図１８】各信号を生成するための列選択回路１３の回路図である。
【図１９】各信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【０１２４】
ＡＤＣ１，ＡＤＣ２，ＡＤＣ３…変換器、１０…画像データ演算部、１１…タイミング発生回路、１２…行選択回路…、１３…列選択回路、ＡＭＰ…アンプ、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３……撮像ブロック、Ｈ…ホールド回路、ＰＤ…ホトダイオード、ＰＵ１，ＰＵ２，ＰＵ３…処理回路、オプティカルブラック領域ＯＢ。
【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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