(57)【要約】【課題】高い精度で暗電流を補正する。【解決手段】固体撮像素子１は、入射光を光電変換する光電変換部を有し画像を撮像するための有効画素１１と、有効画素１１と同一の構成を有し遮光された第１の素子１２と、有効画素１１と同一の構成から前記光電変換部を取り除いた構成を有する第２の素子１３と、第１の素子１２の出力信号と第２の素子１３の出力信号との差分に応じた補正量を得る補正量取得部２５と、変換後の出力値が前記補正量に応じて補正されるように、有効画素１１からの出力をＡＤ変換するＡＤ変換部７，８，９，２１とを備える。【選択図】図１
2012175690.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換する光電変換部を有し画像を撮像するための有効画素と、
前記有効画素と同一の構成を有し遮光された第１の素子と、
前記有効画素と同一の構成から前記光電変換部を取り除いた構成を有する第２の素子と、
前記第１の素子の出力信号と第２の素子の出力信号との差分に応じた補正量を得る補正量取得部と、
変換後の出力値が前記補正量に応じて補正されるように、前記有効画素からの出力をＡＤ変換するＡＤ変換部と、
を備えたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記ＡＤ変換部は、所定レベルから漸次変化する参照信号と前記有効画素の出力信号とを比較する比較部と、前記参照信号と前記有効画素の出力信号とが一致する時点まで、カウント動作を行うカウンタと、を有し、
前記カウンタは、前記有効画素の出力信号が前記有効画素で光電変換された光情報を含む光信号である場合に、前記参照信号が前記所定レベルから変化を開始する時点から前記補正量に応じた遅延時間だけ遅延した時点から、カウント動作を行うことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記カウンタは、前記有効画素の出力信号が前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号である場合に、ダウンカウントモード及びアップカウントモードのうちの一方のモードで、前記参照信号が前記所定レベルから変化を開始する時点から、前記参照信号と前記有効画素の出力信号とが一致する時点まで、カウント動作を行うことによって、カウント値を取得し、
前記カウンタは、前記有効画素の出力信号が前記光信号である場合に、ダウンカウントモード及びアップカウントモードのうちの他方のモードで、前記参照信号が前記所定レベルから変化を開始する時点から前記補正量に応じた遅延時間だけ遅延した時点から、前記参照信号と前記有効画素の出力信号とが一致する時点まで、前記カウント値からカウント動作を行う、
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１の素子及び前記第２の素子をそれぞれ複数備え、
前記補正量取得部は、前記補正量として、前記複数の第１の素子の出力信号の平均値と前記複数の第２の素子の出力信号の平均値との差分に応じた補正量を得ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記補正量取得部は、前記補正量として、前記第１の素子の出力信号と第２の素子の出力信号との差分に応じるとともに、前記有効画素の露光期間終了時点から前記有効画素の出力信号読み出し時点までの期間の長さに応じた量を、得ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記第１の素子及び前記第２の素子をそれぞれ複数備え、
前記補正量取得部は、前記補正量として、前記複数の第１の素子の出力信号の平均値と前記複数の第２の素子の出力信号の平均値との差分に応じるとともに、前記有効画素の露光期間終了時点から前記有効画素の出力信号読み出し時点までの期間の長さに応じた量を、得ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、画素信号をＡＤ変換（アナログ−デジタル変換）するＡＤ変換部を備えたＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像素子が、開示されている。
【０００３】
このような固体撮像素子では、行列状に配置された各画素は、フォトダイオードなどの光電変換部に蓄積された電荷に対応する画素信号を出力する。しかしながら、画素においては、受光とは無関係に暗電流が多少なりとも発生する。暗電流の発生により、黒レベルが増加し、画素信号に対応する画素データのダイナミックレンジが狭くなってしまうため、暗電流を補正する必要がある。
【０００４】
そこで、特許文献１に開示された固体撮像素子では、ＯＢ画素（オプチカルブラック画素、黒レベルを生成するための遮光された画素）のリセット値とデータ値の差分（黒レベルオフセット差分）に基づいて、暗電流の補正量を求めている。すなわち、この固体撮像素子では、暗電流がなければ黒レベルオフセット差分がゼロになるものとみなして、黒レベルオフセット差分が暗電流の量に相当するものとみなすことで、黒レベルオフセット差分に基づいて、暗電流の補正量を求めている。そして、この固体撮像素子では、ＡＤ変換部は、変換後の出力値が前記補正量に応じて補正されるように、画素信号をＡＤ変換する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１５４３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、実際には、暗電流がなくても黒レベルオフセット差分は必ずしもゼロになるわけではない。したがって、特許文献１に開示された固体撮像素子では、暗電流がなければ黒レベルオフセット差分がゼロになるものとみなして、黒レベルオフセット差分が暗電流の量に相当するものとみなしているので、暗電流の量を高い精度で反映させた補正量を得ることはできず、ひいては、高い精度で暗電流を補正することができない。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高い精度で暗電流を補正することができる固体撮像素子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】
【０００８】
前記課題を解決するための手段として、以下の各態様を提示する。第１の態様による固体撮像素子は、入射光を光電変換する光電変換部を有し画像を撮像するための有効画素と、前記有効画素と同一の構成を有し遮光された第１の素子と、前記有効画素と同一の構成から前記光電変換部を取り除いた構成を有する第２の素子と、前記第１の素子の出力信号と第２の素子の出力信号との差分に応じた補正量を得る補正量取得部と、変換後の出力値が前記補正量に応じて補正されるように、前記有効画素からの出力をＡＤ変換するＡＤ変換部と、を備えたものである。
【０００９】
第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記ＡＤ変換部は、所定レベルから漸次変化する参照信号と前記有効画素の出力信号とを比較する比較部と、前記参照信号と前記有効画素の出力信号とが一致する時点まで、カウント動作を行うカウンタと、を有し、前記カウンタは、前記有効画素の出力信号が前記有効画素で光電変換された光情報を含む光信号である場合に、前記参照信号が前記所定レベルから変化を開始する時点から前記補正量に応じた遅延時間だけ遅延した時点から、カウント動作を行うものである。
【００１０】
第３の態様による固体撮像素子は、前記第２の態様において、前記カウンタは、前記有効画素の出力信号が前記光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号である場合に、ダウンカウントモード及びアップカウントモードのうちの一方のモードで、前記参照信号が前記所定レベルから変化を開始する時点から、前記参照信号と前記有効画素の出力信号とが一致する時点まで、カウント動作を行うことによって、カウント値を取得し、前記カウンタは、前記有効画素の出力信号が前記光信号である場合に、ダウンカウントモード及びアップカウントモードのうちの他方のモードで、前記参照信号が前記所定レベルから変化を開始する時点から前記補正量に応じた遅延時間だけ遅延した時点から、前記参照信号と前記有効画素の出力信号とが一致する時点まで、前記カウント値からカウント動作を行うものである。
【００１１】
第４の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記第１の素子及び前記第２の素子をそれぞれ複数備え、前記補正量取得部は、前記補正量として、前記複数の第１の素子の出力信号の平均値と前記複数の第２の素子の出力信号の平均値との差分に応じた補正量を得るものである。
【００１２】
第５の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記補正量取得部は、前記補正量として、前記第１の素子の出力信号と第２の素子の出力信号との差分に応じるとともに、前記有効画素の露光期間終了時点から前記有効画素の出力信号読み出し時点までの期間の長さに応じた量を、得るものである。
【００１３】
第６の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第３のいずれかの態様において、前記第１の素子及び前記第２の素子をそれぞれ複数備え、前記補正量取得部は、前記補正量として、前記複数の第１の素子の出力信号の平均値と前記複数の第２の素子の出力信号の平均値との差分に応じるとともに、前記有効画素の露光期間終了時点から前記有効画素の出力信号読み出し時点までの期間の長さに応じた量を、得るものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高い精度で暗電流を補正することができる固体撮像素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子を示す概略構成図である。
【図２】図１中の１つの有効画素を示す回路図である。
【図３】図１中の補正量取得部を示すブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図５】図４中の所定期間の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子の補正量取得部を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による固体撮像素子について、図面を参照して説明する。
【００１７】
［第１の実施の形態］
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子１を示す概略構成図である。本実施の形態による固体撮像素子１は、ＣＭＯＳイメージセンサとして構成されている。
【００１８】
図１に示すように、本実施の形態による固体撮像素子１は、２次元状に配置された複数の画素からなる画素アレイ部２と、これらの画素の各列に対応して設けられ対応する列の画素の出力信号が供給される垂直信号線３と、各垂直信号線３に設けられた定電流源４と、垂直走査回路５と、各垂直信号線３に設けられたカラム回路６と、参照信号生成部９と、タイミング制御部２１と、水平走査回路２２と、ｍビットの水平信号線２３と、出力回路２４と、補正量取得部２５とを備えている。
【００１９】
本実施の形態では、画素アレイ部２の画素のうち３行目以降の画素１１が、入射光を光電変換する光電変換部（本実施の形態では、後述するフォトダイオードＰＤ）を有し画像を撮像するための有効画素となっており、画素アレイ部２の３行目以降の領域が有効画素領域となっている。
【００２０】
画素アレイ部２の画素のうち２行目の画素１２が、黒レベルの信号を生成するオプチカルブラック画素（ＯＢ画素）となっており、画素アレイ部２の２行目がＯＢ画素領域となっている。本実施の形態では、ＯＢ画素１２は、有効画素１１と同一の構成を有し遮光された第１の素子となっている。
【００２１】
画素アレイ部２の画素のうち１行目の画素１３が、有効画素１１と同一の構成から前記光電変換部を取り除いた構成を有する第２の素子となっている。説明の便宜上、この画素１３をダミー画素と呼び、画素アレイ部２においてこの画素１３が配置されている１行目の領域をダミー画素領域と呼ぶ。ダミー画素１３は、必ずしも遮光されている必要はないが、遮光されていることが好ましい。
【００２２】
なお、画素アレイ部２における有効画素領域、ＯＢ画素領域及びダミー画素領域の配置や行数や列数などは、前述した例に限定されるものではない。
【００２３】
図２は、図１中の１つの有効画素１１を示す回路図である。各有効画素１１は、一般的なＣＭＯＳイメージセンサと同様に、入射光に応じた電荷を生成し蓄積する光電変換部としてのフォトダイオードＰＤと、前記電荷を受け取って電位に変換するフローティング容量部ＦＤと、フォトダイオードＰＤからフローティング容量部ＦＤに電荷を転送する転送部としての転送トランジスタＴＸと、フローティング容量部ＦＤの電位をリセットするリセットトランジスタＲＳＴと、フローティング容量部ＦＤの電位に応じた信号を出力する増幅部としての増幅トランジスタＡＭＰと、当該画素を選択する選択部としての選択トランジスタＳＥＬとを有している。本実施の形態では、トランジスタＡＭＰ，ＴＸ，ＲＳＴ，ＳＥＬは、全てｎＭＯＳトランジスタである。図２において、Ｖｄｄは電源電位である。
【００２４】
転送トランジスタＴＸのゲートは行毎に制御線３０に共通に接続され、そこには、転送トランジスタＴＸを制御する制御信号φＴＸが垂直走査回路５から供給される。リセットトランジスタＲＳＴのゲートは行毎に制御線３１に共通に接続され、そこには、リセットトランジスタＲＳＴを制御する制御信号φＲＳＴが垂直走査回路５から供給される。選択トランジスタＳＥＬのゲートは行毎に制御線３２に共通に接続され、そこには、選択トランジスタＳＥＬを制御する制御信号φＳＥＬが垂直走査回路５から供給される。有効画素１１の選択トランジスタＳＥＬのソースは、列毎に垂直信号線３に共通に接続されている。制御線３０，３１，３２は、垂直走査回路５に接続されている。図２において、３３は電源電位Ｖｄｄを供給する電源線である。垂直信号線３に定電流源４が接続されていることによって、増幅トランジスタＡＭＰは、ソースフォロワ回路として動作する。
【００２５】
図面には示していないが、ＯＢ画素１２の回路構成や垂直走査回路５及び垂直信号線３に対するＯＢ画素１２の接続関係は、前述した有効画素１１の場合と同一である。また、図面には示していないが、ダミー画素１３の回路構成や垂直走査回路５及び垂直信号線３に対するダミー画素１３の接続関係は、フォトダイオードＰＤが無い点を除いて、前述した有効画素１１の場合と同一である。
【００２６】
垂直走査回路５は、タイミング制御部２１からの制御信号ＣＯＮ１に従って、画素１１，１２，１３の行毎に、制御信号φＳＥＬ，φＲＳＴ，φＴＸをそれぞれ出力し、画素アレイ部２の行アドレスや垂直走査の制御を行う。この制御によって、各垂直信号線３には、それに対応する列の画素１１，１２，１３の出力信号（アナログ信号）が供給される。なお、図２において制御信号に付した（ｎ）はその制御信号がｎ行目の信号であることを示している。
【００２７】
タイミング制御部２１は、所定周波数のマスタクロック（図示せず）に基づいて、前記制御信号ＣＯＮ１や後述する制御信号ＣＯＮ２〜ＣＯＮ５及びクロックＣＫ０，ＣＫ１など、回路各部の動作に必要なクロック信号やタイミング信号を生成し、これらの信号を該当する回路各部に供給する。
【００２８】
各カラム回路６は、対応する垂直信号線３の信号と参照信号生成部９からの参照信号Ｖｒｅｆとを比較する比較部としてのコンパレータ７と、カウンタ８とから構成されている。本実施の形態では、コンパレータ７の出力信号は、参照信号Ｖｒｅｆのレベルが垂直信号線３の信号（画素出力信号）よりも高い場合はハイレベルとなる一方、参照信号Ｖｒｅｆのレベルが垂直信号線３の信号（画素出力信号）よりも低い場合はローレベルとなる。なお、必要に応じて、垂直信号線３とコンパレータ７との間にアンプ等を設けてもよい。
【００２９】
本実施の形態では、カウンタ８として、アップダウンカウンタが用いられている。カウンタ８には、タイミング制御部２１から、カウンタ８がダウンカウントモードで動作するのかアップカウントモードで動作するのかを指示するための制御信号ＣＯＮ４が入力されている。また、カウンタ８には、タイミング制御部２１からカウントクロックＣＫ１も入力されている。制御信号ＣＯＮ４及びカウントクロックＣＫ１はそれぞれ、各カラム回路６のカウンタ８に共通して入力される。さらに、カウンタ８には、対応するコンパレータ７の出力信号も入力されている。カウンタ８は、対応する垂直信号線３の信号（画素出力信号）と参照信号Ｖｒｅｆとが一致するまで、制御信号ＣＯＮ４が示すモードで、カウントクロックＣＫ１をカウントする。これにより、垂直信号線３の信号（画素出力信号）が、ＣＤＳ処理（相関２重サンプリング処理）及びＡＤ変換処理される。この点は、後に図５を参照して詳述する。
【００３０】
参照信号生成部９は、ＤＡＣ（デジタルアナログ変換器）９ａ及び図示しないカウンタを有して構成されており、タイミング制御部２１からの制御信号ＣＯＮ３で示される初期値からタイミング制御部２１からの参照信号生成用クロックＣＫ０をカウントして、そのカウント値をＤＡ変換する。これにより、参照信号生成部９は、所定レベルから漸次変化する参照信号として、制御信号ＣＯＮ３で示される初期値から参照信号生成用クロックＣＫ０に同期して、階段状の鋸歯状波（ランプ波形）を生成して、各カラム回路６のコンパレータ７に、この生成した参照信号Ｖｒｅｆとして供給するようになっている。
【００３１】
水平走査回路２２は、タイミング制御部２１からの制御信号ＣＯＮ２に従って、水平走査を行い、各カラム回路６のカウンタ８で得られた変換後のデジタル信号を、ｍビットの水平信号線２３に順次出力させる。出力回路２４は、垂直信号線３に出力されたデジタル信号を所定の信号形式の信号に変換し、画像データとして外部へ出力する。
【００３２】
補正量取得部２５は、タイミング制御部２１からの制御信号ＣＯＮ５に従って、ＯＢ画素１２の出力信号とダミー画素１３の出力信号との差分に応じた補正量を得る。本実施の形態では、変換後の出力値が前記補正量に応じて補正されるように、有効画素１１からの出力をＡＤ変換するＡＤ変換部が、制御信号ＣＯＮ３，ＣＯＮ４及びクロックＣＫ０，ＣＫ１を供給するタイミング制御部２１の機能、カラム回路６及び参照信号生成部９によって、構成されている。
【００３３】
図３は、図１中の補正量取得部２５を示すブロック図である。本実施の形態では、補正量取得部２５は、水平信号線２３に出力された各ＯＢ画素１２に関する各出力値を保持するＯＢ画素出力保持部４１と、水平信号線２３に出力された各ダミー画素１３に関する各出力値を保持するダミー画素出力保持部４２と、ＯＢ画素出力保持部４１に保持された出力値の平均値を算出する平均値算出部４３と、ダミー画素出力保持部４２に保持された出力値の平均値を算出する平均値算出部４４と、平均値算出部４３で算出された平均値と平均値算出部４４で算出された平均値との差分値を算出する差分算出部４５と、を備えている。本実施の形態では、補正量取得部２５は、差分算出部４５で算出された差分値を、補正量としてタイミング制御部２１に供給する。なお、ＯＢ画素出力保持部４１に保持される値及びダミー画素出力保持部４２に保持される値については、後に説明する。
【００３４】
図４は、本実施の形態による固体撮像素子１の動作の一例を示すタイミングチャートである。動作を開始すると、メカニカルシャッタ（図示せず）が所定期間（露光期間）Ｔ０開かれた後、１行目の読み出し期間、２行目の読み出し期間、・・・、ｎ行目の読み出し期間、・・・が行われ、１行目から最終行まで１行ずつ順次読み出し動作が繰り返される。各行の読み出し期間は、当該行の垂直転送期間（ＡＤ変換期間を含む）とこれに引き続く当該行の水平転送期間（水平走査期間）とからなる。図４において、Ｔ１は１行目の読み出し期間の垂直転送期間、Ｔ２は２行目の読み出し期間の垂直転送期間、Ｔｎはｎ行目の読み出し期間の垂直転送期間を示している。図４に示すように、各行の読み出し期間の垂直転送期間において、当該行の制御信号φＳＥＬがハイレベルにされ、当該行の画素の選択トランジスタＳＥＬがオンする。
【００３５】
図５は、図４中のｎ行目の読み出し期間の垂直転送期間Ｔｎの動作を示すタイミングチャートである。ｎ行目の画素は、有効画素１１である。図５（ａ）〜（ｃ）は、垂直走査回路５から供給されるｎ行目の制御信号φＳＥＬ（ｎ），φＲＥＳ（ｎ），φＴＸ（ｎ）をそれぞれ示す。図５（ｄ）は、ｎ行目の有効画素１１の画素出力信号（垂直信号線３の信号）を示す。図５（ｅ）は、参照信号生成部９からカウンタ８に供給される参照信号Ｖｒｅｆを示す。図５（ｆ）は、タイミング制御部２１から参照信号生成部９に供給される参照信号生成用クロックＣＫ０を示す。図５（ｇ）は、コンパレータ７の出力信号を示す。図５（ｈ）は、補正量取得部２５からタイミング制御部２１に供給される補正量がゼロでその補正量に比例した遅延時間ΔＴがゼロの場合の、タイミング制御部２１からカウンタ８に供給されるカウントクロックＣＫ１を示す。図５（ｉ）は、前記補正量がゼロで前記遅延時間ΔＴがゼロの場合の、カウンタ８のカウント値を示す図である。図５（ｈ’）は、前記補正量がある値で前記遅延時間ΔＴがある値ｂである場合の、タイミング制御部２１からカウンタ８に供給されるカウントクロックＣＫ１を示す。図５（ｉ’）は、前記補正量がある値で前記遅延時間ΔＴが前記値ｂである場合の、カウンタ８のカウント値を示す図である。
【００３６】
垂直転送期間Ｔｎにおいて、ｎ行目の制御信号φＳＥＬ（ｎ）がハイレベルにされ、ｎ行目の有効画素１１の選択トランジスタＳＥＬがオンする。
【００３７】
垂直転送期間Ｔｎの開始後の時点ｔ１から所定期間、ｎ行目の制御信号φＲＳＴ（ｎ）がハイレベルにされてｎ行目の有効画素１１のリセットトランジスタＲＳＴがオンする。これにより、有効画素１１の出力信号として、有効画素１１のリセット成分に応じた信号（ここでは、有効画素１１で光電変換された光情報を含む光信号から差し引くべきノイズ成分を含む差分用信号）が、垂直信号線３に出力される。その後、そのリセット成分に応じた信号が安定した時点ｔ２から時点ｔ４までの期間において、タイミング制御部２１は、所定周波数のクロックを参照信号生成用クロックＣＫ０として発生する。この参照信号生成用クロックＣＫ０に従って、参照信号Ｖｒｅｆは、時点ｔ２での所定レベルａ（タイミング制御部２１からの制御信号ＣＯＮ３が示す初期値に応じたレベル）から時点ｔ４まで、時間経過に従って一定の変化率で低下する。その結果、時点ｔ２と時点ｔ４との間のある時点（図５では、時点ｔ３）で、参照信号Ｖｒｅｆと画素出力信号とが一致し、コンパレータ７の出力は、時点ｔ３で、ハイレベルからローレベルに反転する。図５には示していないが、時点ｔ２から時点ｔ４までの期間においては、タイミング制御部２１からの制御信号ＣＯＮ４によって、カウンタ８の動作モードがダウンカウントモードに設定される。なお、時点ｔ２までに、タイミング制御部２１は、カウンタ８のカウント値を、初期値としてゼロにリセットしておく。
【００３８】
前記補正量に拘わらず（すなわち、前記遅延時間ΔＴに拘わらず）、図５（ｈ）及び図５（ｈ’）に示すように、タイミング制御部２１は、時点ｔ２から時点ｔ４までの期間において、参照信号生成用クロックＣＫ０と同じクロックを、カウントクロックＣＫ１として発生する。したがって、前記補正量に拘わらず、図５（ｉ）及び図５（ｉ’）に示すように、カウンタ８によって、時点ｔ２から時点ｔ３までの期間、カウントクロックＣＫ１が初期値ゼロからダウンカウントされ、時点ｔ３以降のカウンタ８のカウント値は、リセット成分に応じた信号をＡＤ変換した値−Ｖｄとなる。
【００３９】
時点ｔ４の後でかつ後述する時点ｔ６よりも前の所定時点で、参照信号Ｖｒｅｆは所定レベルａに戻されて、コンパレータ７の出力はローレベルからハイレベルに戻される。
【００４０】
時点ｔ４の後の時点ｔ５から所定期間、ｎ行目の制御信号φＴＸ（ｎ）がハイレベルにされてｎ行目の有効画素１１の転送トランジスタＴＸがオンする。これにより、有効画素１１の出力信号として、有効画素１１のデータ成分に応じた信号（ここでは、有効画素１１で光電変換された光情報を含む光信号）が、垂直信号線３に出力される。その後、そのデータ成分に応じた信号が安定した時点ｔ６から時点ｔ９までの期間において、タイミング制御部２１は、所定周波数のクロックを参照信号生成用クロックＣＫ０として発生する。この参照信号生成用クロックＣＫ０に従って、参照信号Ｖｒｅｆは、時点ｔ６での所定レベルａから時点ｔ９まで、時間経過に従って一定の変化率で低下する。その結果、時点ｔ６と時点ｔ９との間のある時点（図５では、時点ｔ８）で、参照信号Ｖｒｅｆと画素出力信号とが一致し、コンパレータ７の出力は、時点ｔ８で、ハイレベルからローレベルに反転する。図５には示していないが、時点ｔ６から時点ｔ９までの期間においては、タイミング制御部２１からの制御信号ＣＯＮ４によって、カウンタ８の動作モードがアップカウントモードに設定される。
【００４１】
補正量取得部２５からタイミング制御部２１に供給される補正量がゼロでその補正量に比例した遅延時間ΔＴがゼロの場合、図５（ｈ）に示すように、タイミング制御部２１は、時点ｔ６（すなわち、時点ｔ６から遅延時間ΔＴ＝０だけ遅延した時点）から時点ｔ９までの期間において、参照信号生成用クロックＣＫ０と同じクロックを、カウントクロックＣＫ１として発生する。したがって、前記補正量がゼロの場合、図５（ｉ）に示すように、カウンタ８によって、時点ｔ６から時点ｔ８までの期間、カウントクロックＣＫ１が値−Ｖｄから光信号をＡＤ変換した値Ｖｓだけアップカウントされ、時点ｔ８以降のカウンタ８のカウント値は、データ成分に応じた信号からリセット成分に応じた信号を差し引いたものをＡＤ変換した値Ｖｓ−Ｖｄとなる。時点ｔ９の後でかつ垂直転送期間Ｔｎの終了時点よりも前の所定時点で、参照信号Ｖｒｅｆは所定レベルａに戻されて、コンパレータ７の出力はローレベルからハイレベルに戻される。
【００４２】
一方、補正量取得部２５からタイミング制御部２１に供給される補正量がある値でその補正量に比例した遅延時間ΔＴがある値ｂの場合、図５（ｈ’）に示すように、タイミング制御部２１は、時点ｔ７（すなわち、時点ｔ６から遅延時間ΔＴ＝ｂだけ遅延した時点）から時点ｔ９までの期間において、参照信号生成用クロックＣＫ０を期間ｔ６−ｔ７だけマスクしたクロックを、カウントクロックＣＫ１として発生する。したがって、前記補正量がある値で前記遅延時間ΔＴがある値ｂの場合、図５（ｉ’）に示すように、カウンタ８によって、時点ｔ７から時点ｔ８までの期間、カウントクロックＣＫ１が値−Ｖｄから補正後の光信号（前記補正量に応じた分だけ小さくされた光信号）をＡＤ変換した値Ｖｓ’だけアップカウントされ、時点ｔ８以降のカウンタ８のカウント値は、補正後のデータ成分に応じた信号からリセット成分に応じた信号を差し引いたものをＡＤ変換した値Ｖｓ’−Ｖｄとなる。時点ｔ９の後でかつ垂直転送期間Ｔｎの終了時点よりも前の所定時点で、参照信号Ｖｒｅｆは所定レベルａに戻されて、コンパレータ７の出力はローレベルからハイレベルに戻される。
【００４３】
以上のようにして、垂直信号線３の信号（画素出力信号）が、ＣＤＳ処理（相関２重サンプリング処理）及びＡＤ変換処理される。
【００４４】
理解を容易にするため、以上の説明では、前記補正量がゼロで前記遅延時間ΔＴがゼロの場合（図５（ｈ），（ｉ））と、前記補正量がある値で前記遅延時間ΔＴがある値ｂの場合（図５（ｈ’），（ｉ’））とに分けて説明した。しかしながら、いずれの場合も、時点ｔ６から遅延時間ΔＴだけ遅延した時点からカウントクロックＣＫ１を発生させ、時点ｔ６から遅延時間ΔＴだけ遅延した時点からアップカウントを開始させることに、変わりがない。
【００４５】
図５（ｈ），（ｉ）と図５（ｈ’），（ｉ’）との比較から明らかなように、処理結果のカウンタ８のカウント値は、補正量取得部２５からタイミング制御部２１に供給される補正量に応じて、前記補正量がゼロの場合に比べて、補正値ΔＶ＝Ｖｓ−Ｖｓ’だけ小さく補正される。
【００４６】
ｎ行目の読み出し期間の垂直転送期間Ｔｎが終了すると、引き続いてｎ行目の読み出し期間の水平転送期間となる。この水平転送期間において、水平走査回路２２は、タイミング制御部２１からの制御信号ＣＯＮ２に従って、水平走査を行い、各カラム回路６のカウンタ８で得られた変換後のデジタル信号（カウンタ８のカウント値）を、ｍビットの水平信号線２３に順次出力させる。出力回路２４は、垂直信号線３に出力されたデジタル信号を所定の信号形式の信号に変換し、画像データとして外部へ出力する。
【００４７】
以上、ｎ行目の画素が有効画素１１である場合のｎ行目の読み出し期間について、説明した。有効画素１１の他の行の読み出し期間の動作も、ｎ行目の読み出し期間の動作と同様である。
【００４８】
ダミー画素１３の行の読み出し期間（本実施の形態では、１行目の読み出し期間）の動作及びＯＢ画素１２の行の読み出し期間（本実施の形態では、２行目の読み出し期間）の動作も、ｎ行目の読み出し期間の動作と同様である。ただし、これらの読み出し期間においては、タイミング制御部２１は、常に遅延時間ΔＴをゼロであるとみなし、図５（ｈ），（ｉ）と同様の動作を行い、図５（ｈ’），（ｉ’）と同様の動作は行わない。
【００４９】
ＯＢ画素１２の行の読み出し期間において、図５（ｉ）中の時点ｔ９で得られるカウント値Ｖｓ−Ｖｄに相当するカウント値が、各ＯＢ画素１２毎に、補正量取得部２５のＯＢ画素出力保持部４１に保持される。ダミー画素１３の行の読み出し期間において、図５（ｉ）中の時点ｔ９で得られるカウント値Ｖｓ−Ｖｄに相当するカウント値が、各ダミー画素１３毎に、補正量取得部２５のダミー画素出力保持部４２に保持される。平均値算出部４３によって、ＯＢ画素出力保持部４１に保持されたカウント値の平均値が算出される。平均値算出部４４によって、ダミー画素出力保持部４２に保持されたカウント値の平均値が算出する。差分算出部４５によって、平均値算出部４３で算出された平均値と平均値算出部４４で算出された平均値との差分値が算出される。補正量取得部２５は、以上の動作を、タイミング制御部２１からの制御信号に基づいて行い、差分算出部４５で算出された差分値を、補正量としてタイミング制御部２１に供給する。この補正量が、前述したように、有効画素１１の行の読み出し期間の垂直転送期間における前述した遅延時間ΔＴを決定するために用いられる。
【００５０】
このようにして補正量取得部２５で得られる補正量は、ＯＢ画素１２の出力信号とダミー画素１３の出力信号との差分に応じたものであるため、前述した従来技術のように暗電流がなければ黒レベルオフセット差分がゼロになるものとみなして黒レベルオフセット差分が暗電流の量に相当するものとみなす場合に比べて、暗電流の量を高い精度で反映させたものとなる。
【００５１】
そして、本実施の形態では、前述したように、補正量取得部２５で得られる補正量に応じて、変換後の出力値（図５（ｉ’）中の時点ｔ９で得られるカウント値Ｖｓ’−Ｖｄに相当するカウント値）が補正されるので、高い精度で暗電流を補正することができる。
【００５２】
［第２の実施の形態］
図６は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子の補正量取得部を示すブロック図であり、図３に対応している。図６において、図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５３】
本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、本実施の形態では、補正量取得部２５が、補正量として、ＯＢ画素１２の出力信号とダミー画素１３の出力信号との差分に応じるのみならず、有効画素１１の露光期間Ｔ０の終了時点から有効画素１１の出力信号読み出し時点までの期間の長さ（説明の便宜上、「読み出し時間」と呼ぶ。）にも応じた量を得る点のみである。
【００５４】
具体的には、本実施の形態が前記第１の実施の形態と異なる所は、補正量取得部２５において演算部４６及び加算部４７が追加され、補正量取得部２５が加算部４７の出力（加算値）を補正量として出力する点のみである。
【００５５】
演算部４６は、タイミング制御部２１から現在がいずれの行の読み出し期間であるかを示す読み出し行信号を受けて、その読み出し行信号が示す読み出し行の読み出し時間に換算し、その読み出し時間に所定の重み係数（差分算出部４５からの差分値とスケールを合わせるための重み係数）αを乗算し、その乗算値を得る。加算部４７は、差分算出部４５からの差分値と演算部４６からの乗算値とを加算する。本実施の形態では、補正量取得部２５は、加算部４７で得られた加算値を、補正量としてタイミング制御部２１に供給する。この補正量は、現在の行の読み出し期間の垂直転送期間における遅延時間ΔＴを決定するために用いられる。
【００５６】
前述した図５に示すように、露光期間Ｔ０後に、１行目から最終行まで１行ずつ順次読み出し動作が繰り返される。このため、各行の有効画素１１の読み出し時間は、行毎に異なる。なお、前記第１の実施の形態及び本実施の形態では、有効画素１１の出力信号読み出し時点は、図５中の時点ｔ５に対応する時点である。
【００５７】
そして、有効画素１１の読み出期間が長い程、当該有効画素１１のフォトダイオードＰＤに蓄積される暗電流が多くなる。したがって、前述したように各行の有効画素１１の読み出し時間は行毎に異なることから、各行の有効画素１１のフォトダイオードＰＤに蓄積されるの暗電流の量は、行毎に異なる。
【００５８】
このため、前記第１の実施の形態では、行毎に暗電流の量が異なることに起因するシェーディングが発生してしまう。
【００５９】
これに対し、本実施の形態では、補正量取得部２５は、補正量として、ＯＢ画素１２の出力信号とダミー画素１３の出力信号との差分に応じるのみならず、有効画素１１の読み出し時間にも応じた量を得るので、行毎の暗電流の量のばらつきの影響を低減することができ、前記シェーディングを低減することができる。
【００６０】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００６１】
例えば、前記各実施の形態では、カウンタ８としてアップダウンカウンタが用いられているが、本発明では、カウンタ８としてアップカウントのみを行うカウンタを用い、そのカウンタ８の前記Ｖｄに相当するカウント値を保持するラッチ回路と、そのカウンタ８の前記Ｖｓ’に相当するカウント値を保持するラッチ回路とを設け、各ラッチ回路に保持された値の差分を取るようにしてもよい。
【００６２】
また、前記各実施の形態では、補正量取得部２５は、複数のＯＢ画素１２の値の平均値と複数のダミー画素１３の値の平均値との差分をとっているが、その代わりに、１つのＯＢ画素１２の値と１つのダミー画素１３の値との差分をとってもよい。
【００６３】
さらに、前記各実施の形態では、前述したように、補正量取得部２５によって得られた補正量に基づく補正を、前記補正量に応じた前記遅延時間Δとすることで実現している。しかし、本発明では、前記補正量に基づく補正は、これに限らず、例えば、前記遅延時間Δは常にゼロにしたまま、前記補正量に応じて参照信号Ｖｒｅｆの時点ｔ６での初期レベルａを変えることによって実現してもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１  固体撮像素子
２  画素アレイ部
７  コンパレータ
８  カウンタ
９  参照信号生成部
１１  有効画素
１２  ＯＢ画素（第１の素子）
１３  ダミー画素（第２の素子）
２１  タイミング制御部
２５  補正量取得部
【図１】
2012175690.tif 000003
【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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