(57)【要約】【課題】並列出力を実現するために水平出力線を複数設けた場合であっても、直流ノイズ成分を除去する補正を精度良く行う。【解決手段】各画素を第１の群〜第４の群の４つの群に分け、各群に対応する４本の水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４を用いて、各画素から出力される画素信号を並列出力する固体撮像素子において、ＯＢ領域の第１〜第４の群の垂直出力線Ｌ１１を、それぞれ出力回路３０を介して全ての水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４に接続する。【選択図】図１
2009171128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリックス状に配列された複数の画素を備え、前記画素が１又は複数の列毎にｍ（ｍは２以上の整数）個の群に分けられ、所定の列の画素がオプティカルブラック画素とされ、残りの列の画素が有効画素とされた画素部と、
前記オプティカルブラック画素及び前記有効画素から出力される画素信号を出力する各列に対応する垂直出力線と、
前記画素信号が前記垂直出力線を介して入力され、入力された画素信号を出力する各群に対応するｍ本の水平出力線とを備え、
前記有効画素の垂直出力線は、対応する群の水平出力線に接続され、
前記オプティカルブラック画素の垂直出力線は、対応する群の水平出力線に接続されると共に、対応する群以外のいずれか１又は複数の群の水平出力線に接続されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記オプティカルブラック画素の垂直出力線は、対応する群の水平出力線に接続されると共に、対応する群以外の全ての群の水平出力線に接続されている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】
前記画素部は、各画素が１行×複数列に配列されていることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記画素部は、各画素が複数行×複数列に配列されていることを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像素子と、
各群のオプティカルブラック画素から出力される画素信号を基に、有効画素から出力される画素信号に含まれる直流ノイズ成分を除去するための各群の補正値を求める補正値算出部と、
前記補正値算出部により算出された各群の補正値を用いて、前記補正値に対応する群の有効画素から出力される画素信号を補正する補正部とを備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
前記補正値算出部は、行毎に各群のオプティカルブラック画素から出力される画素信号の平均値を補正値として算出し、
前記補正部は、画素信号から対応する補正値を減ずることで、画素信号を補正することを特徴とする請求項５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、複数の画素がマトリックス状に配列された固体撮像素子、及びそれを用いた固体撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、有効画素の周辺部にオプティカルブラック画素（以下、「ＯＢ画素」と称する）が設けられた固体撮像素子が知られている。その目的は素子温度で変化する暗電流等の直流ノイズ成分をＯＢ画素で実測して補正値を求め、この補正値を用いて有効画素（以下、「ＵＫ画素」と称する）から出力される画素信号を補正し、画素信号に含まれる直流ノイズ成分を除去することにある。
【０００３】
ＯＢ画素から出力される画素信号にはランダムノイズ成分が含まれているため、ランダムノイズ成分の影響の少ない高精度な補正値を算出するには、ＯＢ画素の個数を多くすることが好ましい。
【０００４】
図５は、従来の固体撮像素子を示した図である。図５に示す固体撮像素子は、水平出力線Ｌ１３０が１本の固体撮像素子であり、ＯＢ領域、ＵＫ領域、垂直出力線Ｌ１１０、水平出力線Ｌ１３０、及びアンプ２００を備える。
【０００５】
ＯＢ領域は、Ｎ（Ｎは正の整数）行×８列でマトリックス状に配列された複数のＯＢ画素から構成されている。ＵＫ領域は、Ｎ行×８列でマトリックス状に配列された複数のＵＫ画素から構成されている。
【０００６】
ＯＢ領域において、垂直出力線Ｌ１１０は各列に対応して８本存在し、各列のＮ個のＯＢ画素のそれぞれと接続され、ＯＢ画素から出力される画素信号を出力する。ＵＫ領域において、垂直出力線Ｌ１１０は、各列に対応して８本存在し、各列のＮ個のＵＫ画素のそれぞれと接続され、ＵＫ画素から出力される画素信号を出力する。水平出力線Ｌ１３０は図略の出力回路を介して、１６本の垂直出力線Ｌ１１０のそれぞれと接続され、画素信号をアンプ２００に出力する。
【０００７】
そして、図５に示す固体撮像素子では、図略の垂直走査回路により各行が順次選択されると、選択された各行の８個のＯＢ画素は、垂直出力線Ｌ１１０を介して画素信号を出力し、この画素信号が各列の出力回路で保持される。次に、図略の水平走査回路により各列が順次選択されると、選択された列の出力回路は保持している画素信号を水平出力線Ｌ１３０に出力し、アンプ２００に入力する。アンプ２００へ入力された各列の画素信号はアンプ２００の後段に接続された画像処理部に取り込まれて平均されて補正値が算出される。
【０００８】
補正値の算出が終了すると、ＯＢ画素の場合と同様にして各列のＵＫ画素から垂直出力線Ｌ１１０、図略の出力回路、及び水平出力線Ｌ１３０を介して画素信号が順次アンプ２００へと出力され、画像処理部に取り込まれ、補正値を用いて補正される。
【０００９】
図５に示す固体撮像素子においては、水平出力線Ｌ１３０が１本しか存在しないため、各列の画素信号を並列出力することができず、撮像時間が長くなるという問題があった。
【００１０】
そこで、近年、撮像時間の短縮化を図ることを目的として、各画素を複数の群に分け、各群に対応する水平出力線を用いて、各画素から出力される画素信号を並列出力する固体撮像素子が知られている。図６は、４本の水平出力線Ｌ１３１〜１３４を用いて画素信号を並列出力する固体撮像素子を示している。
【００１１】
図６に示す固体撮像素子において、ＯＢ画素及びＵＫ画素は、第１〜第４の４つの群に分けられている。具体的には、ＯＢ領域において左から１，５列目のＯＢ画素と、ＵＫ領域において左から１，５列目のＵＫ画素とが第１の群に属する。また、ＯＢ領域において左から２，６列目のＯＢ画素と、ＵＫ領域において左から２，６列目のＵＫ画素とが第２の群に属する。また、ＯＢ領域において左から３，７列目のＯＢ画素と、ＵＫ領域において左から３，７列目のＵＫ画素とが第３の群に属する。また、ＯＢ領域において左から４，８列目のＯＢ画素と、ＵＫ領域において左から４，８列目のＵＫ画素とが第４の群に属する。
【００１２】
水平出力線Ｌ１３１〜Ｌ１３４は、それぞれ、第１〜第４の群に対応し、第１〜第４の群の垂直出力線Ｌ１１０は、それぞれ、水平出力線Ｌ１３１〜Ｌ１３４に接続されている。
【００１３】
そして、図６に示す固体撮像素子では、図略の水平走査回路により、第１〜第４の群からそれぞれ１つの合計４列が同時に選択され、選択された４列の出力回路により保持された画素信号が、水平出力線Ｌ１３１〜Ｌ１３４により並列出力される。このように４本の水平出力線Ｌ１３１〜Ｌ１３４を設けることにより、１本の水平出力線で読み出す場合に比べて全画素の読出し時間を１／４に短縮することができる。
【特許文献１】特開２０００−１２８１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、図６に示す固体撮像素子では、ＯＢ領域において、水平出力線Ｌ１３１〜Ｌ１３４のそれぞれには、２本の垂直出力線Ｌ１１０しか接続されていないため、水平出力線Ｌ１３１〜Ｌ１３４の補正値は、それぞれ２つのＯＢ画素の画素信号を用いて算出されることになる。
【００１５】
一方、図５に示す固体撮像素子では、ＯＢ領域において、水平出力線Ｌ１３０には、８本の垂直出力線Ｌ１１０が接続されているため、補正値は８つのＯＢ画素の画素信号を用いて算出されることになる。
【００１６】
そのため、図６に示す固体撮像素子により算出される補正値は、図５に示す固体撮像素子の補正値に比べてランダムノイズ成分の影響を大きく受けて精度が低くなり、ＵＫ画素から出力される画素信号を精度良く補正することができないという問題がある。
【００１７】
本発明の目的は、並列出力を実現するために水平出力線を複数設けた場合であっても、直流ノイズ成分を除去する補正を精度良く行うことができる固体撮像素子、及び固体撮像装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
（１）本発明による固体撮像素子は、マトリックス状に配列された複数の画素を備え、前記画素が１又は複数の列毎にｍ（ｍは２以上の整数）個の群に分けられ、所定の列の画素がオプティカルブラック画素とされ、残りの列の画素が有効画素とされた画素部と、前記オプティカルブラック画素及び前記有効画素から出力される画素信号を出力する各列に対応する垂直出力線と、前記画素信号が前記垂直出力線を介して入力され、入力された画素信号を出力する各群に対応するｍ本の水平出力線とを備え、前記有効画素の垂直出力線は、対応する群の水平出力線に接続され、前記オプティカルブラック画素の垂直出力線は、対応する群の水平出力線に接続されると共に、対応する群以外のいずれか１又は複数の群の水平出力線に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
この構成によれば、オプティカルブラック画素の垂直出力線は、対応する群の水平出力線に接続されると共に、対応する群以外のいずれか１又は複数の群の水平出力線に接続されている。そのため、各郡の補正値を算出するに際して採用されるオプティカルブラック画素の個数が図６に示す従来の固体撮像素子に比べて増大し、各群の補正値を精度良く算出することが可能となり、並列出力を実現するために水平出力線を複数設けた場合であっても直流ノイズ成分を除去する補正を精度良く行うことができる。
【００２０】
（２）前記オプティカルブラック画素の垂直出力線は、対応する群の水平出力線に接続されると共に、対応する群以外の全ての群の水平出力線に接続されていることが好ましい。
【００２１】
この構成によれば、各群の補正値を算出するに際して採用されるオプティカルブラック画素の個数が図５に示す固体撮像素子と同等になり、並列出力を実現しつつ、より精度の高い補正値を得ることができる。
【００２２】
（３）前記画素部は、各画素が１行×複数列に配列されていることが好ましい。この構成によれば、各画素が一次元に配列された固体撮像素子において、並列出力を実現しつつ精度の良い補正を実現することができる。
【００２３】
（４）前記画素部は、各画素が複数行×複数列に配列されていることが好ましい。この構成によれば、各画素が二次元に配列された固体撮像素子において、並列出力を実現しつつ精度の良い補正を実現することができる。
【００２４】
（５）本発明による固体撮像装置は、請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像素子と、各群のオプティカルブラック画素から出力される画素信号を基に、有効画素から出力される画素信号に含まれる直流ノイズ成分を除去するための各群の補正値を求める補正値算出部と、前記補正値算出部により算出された各群の補正値を用いて、前記補正値に対応する群の有効画素から出力される画素信号を補正する補正部とを備えることを特徴とする。
【００２５】
この構成によれば、各群のオプティカルブラック画素から出力される画素信号を基に、直流ノイズ成分を除去するための各群の補正値が求められ、この補正値を用いて有効画素から出力される画素信号が補正されるため、有効画素から出力される画素信号に含まれる直流ノイズ成分を精度良く除去することができる。
【００２６】
（６）前記補正値算出部は、行毎に各群のオプティカルブラック画素から出力される画素信号の平均値を補正値として算出し、前記補正部は、画素信号から対応する補正値を減ずることで画素信号を補正することが好ましい。
【００２７】
この構成によれば、行毎に各群の補正値が算出され、画素信号からその補正値が減じられて画素信号が補正されるため、直流ノイズ成分を画素信号から除去すると共に、水平出力線毎の出力特性のばらつきを画素信号から除去することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、並列出力を実現するために水平出力線を複数設けた固体撮像素子の場合であっても直流ノイズ成分を除去する補正を精度良く行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の一実施の形態による固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態による固体撮像装置の全体構成図を示している。図１に示すように固体撮像装置は、画素部１０、垂直走査回路２０、垂直出力線Ｌ１１、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４、出力回路（ＯＣ：output circuit）３０、上下一対の水平走査回路４０，４０、アンプ５０、及びアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）６０を含む固体撮像素子と、画像処理部７０と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）８０と、制御部９０とを備えている。そして、図１に示す固体撮像素子は、各画素を複数の群、例えば第１〜第４の４つの群に分け、各群に対応する４本の水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４を用いて、各画素から出力される画素信号を並列出力する。
【００３０】
なお、本実施の形態では、固体撮像素子は、１チップ化されたＣＭＯＳイメージセンサにより構成されているが、ＣＭＯＳイメージセンサに代えてＣＣＤイメージセンサにより構成してもよい。また、画像処理部７０及び制御部９０は、固体撮像素子内に含まれないのが一般的であるが、これに限定されず、固体撮像素子内に含めても良い。
【００３１】
画素部１０は、オプティカルブラック画素（以下、オプティカルブラック画素を「ＯＢ画素」と称する。）からなるＯＢ領域と、ＯＢ領域に対して列方向に隣接し、有効画素（以下、有効画素を「ＵＫ画素」と称する。）からなるＵＫ領域とを備えている。
【００３２】
ＯＢ領域は、Ｎ（Ｎは正の整数）行×８列でマトリックス状に配列された複数のＯＢ画素から構成されている。ＵＫ領域は、Ｎ行×Ｍ列（Ｍは４以上の正の整数）でマトリックス状に配列された複数のＵＫ画素から構成されている。
【００３３】
なお、上記説明では、ＯＢ領域の列数を８個、ＵＫ領域の列数をＭ個としたが、各画素は第１〜第４の群に分けられているため、ＯＢ領域及びＵＫ領域の列数は、それぞれの４つ以上にすればよい。また、群の数が３個の場合はＯＢ領域及びＵＫ領域のそれぞれの列数を３つ以上、群の数が５個の場合はＯＢ領域及びＵＫ領域のそれぞれの列数を５つ以上というように、群の数に応じてＯＢ領域及びＵＫ領域のそれぞれの列数を適宜変更すればよい。
【００３４】
ＯＢ画素は、フォトダイオード及びフォトダイオードにより光電変換された信号電荷を増幅する増幅回路等を備え、素子温度で変化する暗電流等の直流ノイズ成分を実測し、有効画素の画素信号から直流ノイズ成分を除去するための補正値を算出するために用いられる。ＵＫ画素は、ＯＢ画素と同様、フォトダイオード及び増幅回路等を備え、光学像を撮像するために用いられる。
【００３５】
ここで、ＯＢ領域において左から１、５行目の列のＯＢ画素と、ＵＫ領域において左から４ｓ＋１（ｓは０以上の整数）行目の列のＵＫ画素とが第１の群に属する。また、ＯＢ領域において左から２、６行目の列のＯＢ画素と、ＵＫ領域において左から４ｓ＋２行目の列のＵＫ画素とが第２の群に属する。また、ＯＢ領域において左から３、７行目の列のＯＢ画素と、ＵＫ領域において左から４ｓ＋３行目の列のＵＫ画素とが第３の群に属する。また、ＯＢ領域において左から４、８行目の列のＯＢ画素と、ＵＫ領域において左から４ｓ＋４行目の列のＵＫ画素とが第４の群に属する。
【００３６】
ＯＢ領域における垂直出力線Ｌ１１は、ＯＢ領域の各列に対応して上側の水平走査回路４０に向けて８本、下側の水平走査回路４０に向けて８本存在し、各列のＮ個のＯＢ画素のそれぞれと接続され、ＯＢ画素から出力される画素信号を出力する。ＵＫ領域における垂直出力線Ｌ１１は、ＵＫ領域の各列に対応してＭ本存在し、各列のＮ個のＵＫ画素のそれぞれと接続され、ＵＫ画素から出力される画素信号を出力する。
【００３７】
また、ＵＫ領域において、第１の群の垂直出力線Ｌ１１は、出力回路３０を介して水平出力線Ｌ２１に接続され、第２の群の垂直出力線Ｌ１１は、出力回路３０を介して水平出力線Ｌ２２に接続され、第３の群の垂直出力線Ｌ１１は、出力回路３０を介して水平出力線Ｌ２３に接続され、第４の群の垂直出力線Ｌ１１は、出力回路３０を介して水平出力線Ｌ２４に接続されている。ここで、図１では、水平出力線Ｌ２１，Ｌ２３が画素部１０の上側に配列されているため、ＵＫ領域において奇数列の垂直出力線Ｌ１１は上側の水平走査回路４０に接続されている。また、水平出力線Ｌ２２，Ｌ２４が画素部１０を挟んで水平出力線Ｌ２１，Ｌ２３の反対側に配列されているため、偶数列の垂直出力線Ｌ１１は下側の水平走査回路４０に接続されている。
【００３８】
一方、ＯＢ領域においては、第１〜第４の群の垂直出力線Ｌ１１は、それぞれ出力回路３０を介して全ての水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４に接続されている。具体的には、第１及び第２の群の上側の垂直出力線Ｌ１１が水平出力線Ｌ２１，Ｌ２３のそれぞれと接続され、下側の垂直出力線Ｌ１１が水平出力線Ｌ２２，Ｌ２４のそれぞれと接続されている。また、第３及び第４の群の上側の垂直出力線Ｌ１１が水平出力線Ｌ２１，Ｌ２３のそれぞれと接続され、第３及び第４の群の下側の垂直出力線Ｌ１１が水平出力線Ｌ２２，Ｌ２４のそれぞれと接続されている。これにより、各群の補正値を８個のＯＢ画素からの画素信号を用いて算出することが可能となり、図６に示す従来の固体撮像素子に比べて精度の良い補正値を求めることができる。
【００３９】
垂直走査回路２０は、例えばシフトレジスタにより構成され、各行に対応するＮ本の行選択線Ｌ５１を介して各行のＯＢ画素及びＵＫ画素と接続され、ＴＧ８０の制御に従って、各行をサイクリックに順次選択する。
【００４０】
出力回路３０は、ＯＢ領域においては、各列の上下の垂直出力線Ｌ１１に対応して８×２＝１６個個存在し、ＵＫ領域においては、各列の垂直出力線Ｌ１１に対応してＭ個存在し、ＯＢ画素又はＵＫ画素から出力される画素信号を保持し、水平走査回路４０の制御に従って、保持する画素信号を水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４を介してアンプ５０に出力する。ここで、ＵＫ領域において、奇数列の出力回路３０は、画素部１０の上側に配列され、偶数列の出力回路３０は画素部１０の下側に配列されている。そのため、ＯＢ領域に比べ、ＵＫ領域の出力回路３０の配線密度は小さくなっており配線スペースに余裕があることが分かる。
【００４１】
図２は、出力回路３０の回路図を示している。図２に示すように出力回路３０は、定電流回路３１、シグナルサンプルホールド回路３２、及びノイズサンプルホールド回路３３を備えている。定電流回路３１は、電界効果型トランジスタから構成され、ゲートに負荷電圧ＶＤが印加され、負荷として機能する。
【００４２】
シグナルサンプルホールド回路３２は、スイッチＳ１、コンデンサＣ１、及びアンプＡ１を備え、ＴＧ８０の制御に従って、スイッチＳ１がオン・オフされ、垂直出力線Ｌ１１により出力される画素信号をコンデンサＣ１で保持する。ノイズサンプルホールド回路３３は、スイッチＳ２、コンデンサＣ２、及びアンプＡ２を備え、ＴＧ８０の制御に従って、スイッチＳ２がオン・オフされ、垂直出力線Ｌ１１により出力されるノイズ信号をコンデンサＣ２で保持する。
【００４３】
そして、シグナルサンプルホールド回路３２は、水平走査回路４０によって選択されると、コンデンサＣ１で保持する画素信号をアンプＡ１及び一対の垂直出力線Ｌ１１の一方の線路Ｌ１１−１を介してアンプ５０に出力する。ここで、シグナルサンプルホールド回路３２は、水平走査回路４０により一対の列選択線Ｌ４１の一方の線路Ｌ４１−１を介してアンプＡ１に選択信号が入力されることで選択される。
【００４４】
ノイズサンプルホールド回路３３は、水平走査回路４０によって選択されると、コンデンサＣ２で保持するノイズ信号を、線路Ｌ１１−２を介してアンプ５０に出力する。ここで、ノイズサンプルホールド回路３３は、水平走査回路４０により線路Ｌ４１−２を介してアンプＡ２に選択信号が入力されることで選択される。アンプ５０は、線路Ｌ１１−１を介して出力された画素信号から線路Ｌ１１−２を介して出力されたノイズ信号を減じ、Ａ／Ｄ６０に出力する。
【００４５】
図１に戻り、水平出力線Ｌ２１，２３は、それぞれＯＢ領域の８本の垂直出力線Ｌ１１に接続され、水平出力線Ｌ２２，２４は、それぞれＯＢ領域の８本の垂直出力線Ｌ１１に接続され、水平走査回路４０により選択された列の出力回路３０に保持されている画素信号をアンプ５０に並列出力する。また、ＵＫ領域において、水平出力線Ｌ２１は第１の群の垂直出力線Ｌ１１と接続され、水平出力線Ｌ２２は第２の群の垂直出力線Ｌ１１と接続され、水平出力線Ｌ２３は第３の群の垂直出力線Ｌ１１と接続され、水平出力線Ｌ２４は第４の群の垂直出力線Ｌ１１と接続され、第１〜第４の群の画素信号を並列出力する。
【００４６】
ここで、水平出力線Ｌ２１，Ｌ２３は画素部１０の上側であって、列方向と平行に配列され、水平出力線Ｌ２２，Ｌ２４は画素部１０の下側であって列方向と平行に配列されているが、これに限定されず、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４のいずれか２本を画素部１０の上側に配列し、残りの２本を画素部１０の下側に配列してもよい。この場合、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４の配列パターンに応じて、ＵＫ領域における第１〜第４の群の垂直出力線Ｌ１１の配線パターンを適宜変更すればよい。更に、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４の全てを画素部１０の上側又は下側に纏めて配列してもよい。この場合、ＯＢ領域における垂直出力線Ｌ１１の本数を８本にし、かつ、水平走査回路４０の個数を１個にすることができる。
【００４７】
水平走査回路４０は、例えばシフトレジスタにより構成され、上下一対存在する。上側の水平走査回路４０は、ＯＢ領域の各列に対応する８本の垂直出力線Ｌ１１と出力回路３０を介して接続され、ＵＫ領域の第１及び第３の群の垂直出力線Ｌ１１と出力回路３０を介して接続され、ＴＧ８０の制御に従って、各出力回路３０に列選択信号を出力し、各列を所定のシーケンスに従って選択する。また、下側の水平走査回路４０は、ＯＢ領域の各列に対応する８本の垂直出力線Ｌ１１と出力回路３０を介して接続され、ＵＫ領域の第２及び第４の群の垂直出力線Ｌ１１と出力回路３０を介して接続され、ＴＧ８０の制御に従って、各出力回路３０に列選択信号を出力し、各列を所定のシーケンスに従って選択する。
【００４８】
具体的には、水平走査回路４０は、ＯＢ領域から画素信号を読み出す場合は、上下の水平走査回路４０がＯＢ領域の出力回路３０を例えば列方向に向けて順次選択し、選択した列の画素信号を水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４に並列出力させる。一方、ＵＫ領域から画素信号を読み出す場合は、上側の水平走査回路４０が１，３列目を同時に選択すると共に、下側の水平走査回路４０が２，４列目を同時に選択し、次に、上側の水平走査回路４０がＵＫ領域の５，７列目を同時に選択すると共に、下側の水平走査回路がＵＫ領域の６，８列目を同時に選択するというようにして、第１〜第４の群の画素信号を水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４に並列出力させる。
【００４９】
アンプ５０は、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４のそれぞれに対応して４個存在し、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４により出力される画素信号からノイズ成分を除去し、所定の利得で増幅し、Ａ／Ｄ６０に出力する。
【００５０】
Ａ／Ｄ６０は、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４のそれぞれに対応して４個存在し、アンプ５０から出力された画素信号をデジタルの画素信号に変換する。画像処理部７０は、専用のハードウエア回路により構成され、４個のＡ／Ｄ６０から出力されたデジタルの画素信号が入力される。また、画像処理部７０は、補正値算出部７１及び補正部７２を備えている。
【００５１】
補正値算出部７１は、各群のＯＢ画素から出力される画素信号を基に、ＵＫ画素から出力される画素信号に含まれる直流ノイズ成分を除去するための各群の補正値を求める。ここで、行毎に各群のＯＢ画素から出力される画素信号の平均値を補正値を算出することが好ましい。
【００５２】
具体的には、補正値算出部７１は、垂直走査回路２０により選択された行に属する８個のＯＢ画素からの画素信号を４本の水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４を介して取り込み、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４のそれぞれにより出力された８個の画素信号の平均値を、第１〜第４の群の補正値として算出する。例えば、第ｉ（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）行の８個のＯＢ画素から水平出力線Ｌ２ｋ（ｋ＝１，２，３，４）を介して出力された画素信号の平均値をＡｉｋとすると、Ａｉｋが第ｉ行の第ｋの群の補正値Ｈｉｋとして算出される。
【００５３】
したがって、第１〜第４の補正値は、それぞれ、各行に対応するＮ個の補正値から構成される。すなわち、補正値は、合計４×Ｎ個の補正値から構成される。なお、算出された補正値はメモリに一時的に記憶される。
【００５４】
補正部７２は、補正値算出部７１により算出された補正値を用いて、補正値に対応する群のＵＫ画素から出力される画素信号を補正する。ここで、補正部７２は、例えば、１行目の第１群のＵＫ画素からの画素信号ついては、当該画素信号からＨ１１を減じ、２行目の第１群のＵＫ画素からの画素信号については、当該画素信号からＨ２１を減じるというように、ＵＫ画素の画素信号から対応する補正値を減算することで画素信号を補正する。
【００５５】
ＴＧ８０は、制御部９０の制御に従って、垂直走査回路２０、出力回路３０、水平走査回路４０等に制御信号を出力し、これら各回路を制御する。制御部９０は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成され、固体撮像装置の全体制御を司る。
【００５６】
このように構成された固体撮像装置は、以下のように動作する。まず、垂直走査回路２０により１行目が選択され、１行目の８個のＯＢ画素から画素信号が同時に出力され、出力回路３０に保持される。次に、上下の水平走査回路４０によりＯＢ領域の各列が列方向に向けて順次選択され、選択された各列の出力回路３０は保持している画素信号を水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４に並列出力させる。並列出力された画素信号は、アンプ５０及びＡ／Ｄ６０を介して画像処理部７０に入力される。そして、垂直走査回路２０により選択された行の８個の画素信号の全てが水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４を介して画像処理部７０に入力されると、補正値算出部７１は、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４を介して入力された画素信号の平均値Ａ１１〜Ａ１４を補正値Ｈ１１〜Ｈ１４として算出し、メモリに保持させる。
【００５７】
次に、１行目のＭ個のＵＫ画素から画素信号が同時に出力され、出力回路３０に保持される。次に、水平走査回路４０により１〜４列目が同時に選択され、選択された出力回路３０は、保持している画素信号を対応する水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４に並列出力させる。並列出力された画素信号は、アンプ５０及びＡ／Ｄ６０を介して画像処理部７０に入力される。
【００５８】
次に、１〜４列目の画素信号は、それぞれ、補正値Ｈ１１〜Ｈ１４を用いて補正される。次に、水平走査回路４０により５〜８行目が同時に選択され、５〜８行目の出力回路３０から画素信号が画像処理部７０に並列出力され、それぞれ補正値Ｈ１１〜Ｈ１４を用いて補正される。このようにして、ＵＫ領域の１行目の全てのＵＫ画素の画素信号が読み出されると、垂直走査回路２０により２行目が選択され、１行目同様にして補正値Ｈ２１〜Ｈ２４が算出された後、補正値Ｈ２１〜Ｈ２４を用いて、２行目のＵＫ画素から出力された画素信号が補正される。以上の動作がＮ行目まで繰り返し実行され、全てのＵＫ画素から出力された画素信号が補正される。
【００５９】
次に、本固体撮像素子による効果について説明する。図６に示す従来の固体撮像素子では、ＯＢ画素列数は８列であるにもかかわらず、１本の水平出力線に接続されたＯＢ画素列数は２列である。通常、ＯＢ画素から出力された画素信号は各水平出力線で平均化され、補正値が算出される。この場合、ある水平出力線における第ｉ列のＯＢ画素の画素信号Ｖｏｂｉにおける直流成分（低周波成分を含む）をｖｄｉ、ランダムノイズ成分をｖｒｉとすると、この水平出力線に接続されたＯＢ画素の画素信号の平均値Ｖｏｄ＿ａｖは以下のように表される。
【００６０】
Ｖｏｄ＿ａｖ＝（（ｖｄ１＋ｖｒ１）＋（Ｖｄ２＋ｖｒ２））／２
＝（ｖｄ１＋ｖｄ２）／２＋（ｖｒ１＋ｖｒ２）／２      （１）
ここで、ランダムノイズ成分ｖｒの振幅を△ｖｒとすると、（１）の（ｖｒ１＋ｖｒ２）／２の振幅はｖｒがランダムノイズであるので、√△ｖｒとなる。
【００６１】
図５に示す水平出力線が一本の固体撮像素子の場合、ある水平出力線のＯＢ画素の画素信号の平均値Ｖｏｄ＿ａｖは、以下のように表される。
【００６２】
ｖｏｄ＿ａｖ＝（（ｖｄ１＋ｖｒ１）＋（ｖｄ２＋ｖｒ２）＋・・・＋（ｖｄ８＋ｖｒ８））／８
＝（ｖｄ１＋ｖｄ２＋・・・＋ｖｄ８）／８＋（ｖｒ１＋ｖｒ２＋・・・＋ｖｒ８）／８      （２）
したがって、ランダムノイズ成分ｖｒの振幅は８√△ｖｒとなる。すなわち、ＯＢ画素から出力される画素信号を４本の水平出力線で並列出力して平均化して補正値を求める場合は、１本の水平出力線でＯＢ画素から出力される画素信号を平均化して補正値を求める場合に比べてランダムノイズ成分ｖｒの影響を強く受けることになる。
【００６３】
すなわち、図６に示すように並列出力する従来の固体撮像素子では、水平出力線毎に算出された補正値に含まれるランダムノイズ成分ｖｒは、図５に示す固体撮像素子に比べて大きくなり、精度のよい補正値が得られない。
【００６４】
また、各水平出力線には最終段にアンプが設けられており、その特性ばらつきにより水平出力線ごとに出力特性が異なる。撮影時にはこの出力特性のばらつきの除去するための補正値を、各水平出力線におけるＯＢ画素の出力の平均値を比較した結果を基に算出する。しかしながら、上記のように、各水平出力線に接続されたＯＢ画素が異なったものであり、更にランダムノイズ成分ｖｒも大きいので、上記水平出力線間の出力特性のばらつきを補正しても、精度の高い補正を実現することはできない。
【００６５】
本固体撮像素子では、図１に示すように、各ＯＢ画素は全ての水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４と接続されている。そのため、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４のそれぞれにおけるＯＢ画素の画素信号の平均値は以下の式となる。
【００６６】
ｖｏｄ＿ａｖ＝（（ｖｄ１＋ｖｒ１）＋（ｖｄ２＋ｖｒ２）＋・・・＋（ｖｄ８＋ｖｒ８））／８
＝（ｖｄ１＋ｖｄ２＋・・・ｖｄ８）／８＋（ｒ１＋ｖｒ２＋・・・＋ｖｒ８）／８      （３）
これは、図６に示す固体撮像素子におけるＯＢ画素の出力平均値と同じ式であり、ランダムノイズ成分ｖｒの振幅が８√△ｖｒに抑制されていることが分かる。すなわち、ＵＫ画素においては４本の水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４による並列出力により読出し時間の短縮化を図りつつ、ＯＢ画素からの出力される画素信号におけるランダムノイズ成分ｖｒも水平出力線を１本とした場合と同じ低いレベルにすることができるので、精度の良い補正値を得ることができ、ＯＢ画素の出力を利用して、ＵＫ画素から出力される画素信号から直流成分ノイズを精度良く除去することが可能となる。また、行毎の各群のＯＢ画素から出力される画素信号の平均値を補正値として採用しているため、水平出力線間のばらつき補正やアンプ５０のばらつき補正も高い精度で行うことができる。
【００６７】
なお、図１では、ＯＢ領域の８本の垂直出力線Ｌ１１を全ての水平出力線に接続したが、これに限定されず、対応する群の水平出力線に接続すると共に、対応する群以外の群であって、１又は２つの群の水平出力線に接続してもよい。図３は、ＯＢ領域の垂直出力線Ｌ１１と、水平出力線Ｌ２１〜Ｌ２４との他の接続例を示した図である。
【００６８】
図３の接続例では、第１及び第３の群の垂直出力線Ｌ１１は水平出力線Ｌ２１，Ｌ２３に接続され、第２及び第４の群の垂直出力線Ｌ１１は水平出力線Ｌ２２，Ｌ２４に接続されている。これにより、ＯＢ領域の画素部１０の上側において、偶数列の垂直出力線Ｌ１１が不要になると共に、ＯＢ領域の画素部１０の下側において、奇数列の垂直信号線Ｌ１１が不要になる。そのため、画素部１０の上側及び下側における出力回路３０の配線スペースを増大させることが可能となる。
【００６９】
また、図１では、水平出力線の本数を４本としたが、これに限定されず、他の本数を採用してもよい。図４は、水平出力線を２本とした場合の固体撮像素子の垂直出力線Ｌ１１と水平出力線Ｌ２１，Ｌ２２との接続例を示した図である。図４に示すように、ＯＢ領域では画素部１０を挟んで各列に対応する垂直出力線Ｌ１１が上下に８本ずつ配列され、上側の８本の垂直出力線Ｌ１１は、画素部１０の上側に配列された水平出力線Ｌ２１に接続され、下側の８本の垂直出力線Ｌ１１は、画素部１０の下側に配列された水平出力線Ｌ２２に接続されている。
【００７０】
また、この場合、ＯＢ画素及びＵＫ画素は第１及び第２の群に分けられ、奇数列が例えば第１の群とされ、偶数列が例えば第２の群とされ、ＵＫ領域において奇数列の垂直出力線Ｌ１１が水平出力線Ｌ２１に接続され、偶数列の垂直出力線Ｌ１１が水平出力線Ｌ２２に接続される。そして、ＵＫ領域においては２列単位で画素信号が並列出力されることになる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施の形態による固体撮像装置の全体構成図を示している。
【図２】出力回路の回路図を示している。
【図３】ＯＢ領域の垂直出力線と、水平出力線との他の接続例を示した図である。
【図４】水平出力線を２本とした場合の固体撮像素子の垂直出力線と水平出力線との接続例を示した図である。
【図５】従来の固体撮像素子を示した図である。
【図６】従来の固体撮像素子を示した図である。
【符号の説明】
【００７２】
１０  画素部
２０  垂直走査回路
３０  出力回路
３１  定電流回路
３２  シグナルサンプルホールド回路
３３  ノイズサンプルホールド回路
４０  水平走査回路
５０  アンプ
７０  画像処理部
７１  補正値算出部
７２  補正部
９０  制御部
Ｌ１１  垂直出力線
Ｌ２１〜Ｌ２４  水平出力線
【図１】
2009171128.tif 000003
【図２】
2009171128.tif 000004
【図３】
2009171128.tif 000005
【図４】
2009171128.tif 000006
【図５】
2009171128.tif 000007
【図６】
2009171128.tif 000008